Intercambiador de calor tubo y coraza

Intercambiador Multitubular

Laboratorio de Operaciones Unitarias I

Facultad de Ingeniera y Ciencias GeolgicasDepartamento de Ingeniera Civil Qumica Universidad Catlica del NorteIntercambiador MultitubularLaboratorio de Operaciones Unitarias I IQ-B12

Nombres de Integrantes del Grupo: Carlos Arballo Lizrraga, Yuliana Michea Carvajal, Natalia Rojas Parra y Nicole Soto SotoNombre del Profesor: Mara Esperanza Glvez Estay y Mara Anglica Yez Torres Nombre del Ayudante: Gino Chvez PintoFecha de la Experiencia: 24 de Junio de 2013. Fecha de Entrega de Informe: 08 de Julio de 2013.

NDICE

NOMENCLATURA4RESUMEN5OBJETIVOS61)Objetivo General62)Objetivos Especficos6ASPECTOS CONCEPTUALES71)Teora y principios71.1.Intercambiador de tubos y coraza81.2.Diagrama de un intercambiador de tubos y coraza81.3.Intercambiador de calor de coraza y tubos 1-2.91.4.Ensuciamiento.101.5.Diferencia de temperatura logartmica.111.6.Coeficiente global de transferencia de calor121.7.Eficiencia132)Ecuaciones143)Magnitudes fsicas17ASPECTOS METODOLGICOS18RESULTADOS Y ANLISIS DE RESULTADOS201)Resultados202)Anlisis de Resultados23CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES251)Conclusiones252)Recomendaciones25

APNDICE DE CLCULOS261)Clculo del flujo msico.262)Clculo de la diferencia de temperatura logartmica.283)Clculo del rea de transferencia de calor.294)Clculo del flujo de calor.305)Clculo del coeficiente de global de transferencia de calor de cada disposicin de flujo.326)Clculo del flujo de calor mximo.337)Clculo de la eficiencia con las distintas condiciones de operacin.348)Clculo del coeficiente global de transferencia de calor mediante ecuaciones de la literatura (kern).35REFERENCIAS42

NOMENCLATURA

Asrea de transferencia de calor.m2

atrea transversal al flujo de los tubos.m2

acrea transversal al flujo de la coraza.m2

CpCapacidad calorfica del fluido.kJ/kgC

DCDimetro interno de la coraza del intercambiador de calor.m.

DiDimetro interno de los tubos del intercambiador de calor.m.

D0Dimetro externo de los tubos del intercambiador de calor.m.

kConductividad Trmica del fluido.kJ/msegC

LLongitud del intercambiador de calor.m.

MLDTMedia logartmica de diferencia de temperatura.C

Eficiencia del intercambiador de calor.%

QFlujo de calor.kW

QmxFlujo de calor mximo.kW

Densidad del fluido (agua)Kg/m3

T1Temperatura de entrada del flujo caliente.C

T2Temperatura de salida del flujo caliente.C

t1Temperatura de entrada del flujo fro.C

t2Temperatura de salida del flujo fro.C

UCoeficiente global de transferencia de calor.kW/m2C

UCCoeficiente global de transferencia de calor limpio.kW/m2C

Viscosidad del fluido.Kg/mseg

Flujo msico.Kg/seg.

RESUMEN

Los intercambiadores de calor facilitan la transferencia de calor de un fluido a otro, es decir, se transfiere el calor del fluido de mayor temperatura al fluido de menor temperatura.En la presente prctica, se dar a conocer el funcionamiento de un intercambiador de calor 1-2, es decir, un paso por la carcasa (o coraza) y dos paso por los tubos. En esta se determinar la transferencia de calor mediante dos configuraciones, una configuracin corresponder a que el fluido caliente circula por la coraza y la otra configuracin que el fluido caliente circula por los tubos. Con estas configuraciones se realizarn dos experiencias por cada configuracin, obtenindose cuatro arreglos de flujos, donde en la segunda experiencia de cada configuracin se har variar slo el flujo de la corriente fra.Adems, se determinar el coeficiente global de transferencia de calor para los cuatros arreglos de flujo, y la eficiencia para estos.

En los aspectos conceptuales se dan a conocer la teora y principios del funcionamiento del intercambiador de calor de tubo y coraza, entregando las ecuaciones que permitirn desarrollar los objetivos de la prctica.

En los aspectos metodolgicos se da a conocer el procedimiento experimental, los equipos y materiales involucrados como las medidas de seguridad que se deben tener en cuenta antes de realizar la experiencia.

Con respecto a los resultados obtenidos, se puede apreciar que la configuracin n2 es la mejor disposicin de los flujos en cuanto a la transferencia de calor y al rendimiento del equipo. Debido a que con esta configuracin se obtienen menores prdidas de calor hacia el exterior.

Como conclusin podemos decir que, la transferencia de calor se efecta de manera satisfactoria cuando el flujo caliente circula por los tubos, debido a que la superficie puede transferir mayor capacidad de calor y debido a que el fluido fro recibe mayor transferencia de calor, reduciendo con esto las prdidas hacia el ambiente.

OBJETIVOS 1) Objetivo General

Familiarizar al alumno con la transferencia de calor en un intercambiador multitubular.

2) Objetivos Especficos

Comparar el calor transferido con al menos dos configuraciones de operacin que se puedan realizar con el intercambiador multitubular.

Determinar el coeficiente global de calor para cada disposicin de flujo y comparar con las ecuaciones disponibles en la literatura.

Comparar los coeficientes globales de calor obtenidos para cuatro flujos con las dos configuraciones.

Determinar la eficiencia de los intercambiadores con las distintas condiciones de operacin.

ASPECTOS CONCEPTUALES

1) Teora y principios

Un intercambiador de calor es un dispositivo que permite la transferencia de calor de un fluido (lquido o gas) a otro fluido. Sus funciones en la industria pueden ser calentar un fluido frio mediante un fluido con mayor temperatura, reducir la temperatura de un fluido mediante un fluido con menor temperatura, llevar al punto de ebullicin a un fluido mediante un fluido con mayor temperatura o condensar un fluido en estado gaseoso por medio de un fluido frio.

Los intercambiadores de calor se pueden clasificar segn el tipo de superficie en:

Figura 1: Clasificacin de los tipos de intercambiadores de calor segn el tipo de superficie.

1.1. Intercambiador de tubos y coraza

Este tipo de intercambiador consiste en un haz de tubos, por donde se hace pasar una corriente de intercambio, que se introducen dentro de una coraza en cuyo interior a de circular la otra corriente de intercambio. Este tipo de intercambiador consiste en un conjunto de tubos en un contenedor llamado coraza. El ujo de uido dentro de los tubos se le denomina comnmente ujo interno y aquel que uye en el interior del contenedor como uido de coraza o uido externo.En los extremos de los tubos, el fluido interno es separado del fluido externo de la coraza por las placas del tubo. Los tubos se sujetan o se sueldan a una placa para proporcionan un sello adecuado.En sistemas donde los dos fluidos presentan una gran diferencia entre sus presiones, el lquido con mayor presin se hace circular tpicamente a travs de los tubos y el lquido con una presin ms baja se circula del lado de la cscara. Esto es debido a los costos en materiales, los tubos del intercambiador de calor se pueden fabricar para soportar presiones 3 ms altas que la cscara del cambiador con un costo mucho ms bajo.Estos intercambiadores se usan para servicios en los que se requieren grandes superficies de intercambio, generalmente asociadas a caudales muchos mayores de los que puede manejar un intercambiador de doble tubo.

1.2. Diagrama de un intercambiador de tubos y coraza

Figura 2: Diagrama de un Intercambiador de tubos y coraza.

1.3. Intercambiador de calor de coraza y tubos 1-2.

La experiencia realizada en el laboratorio se efectu en un IC 1-2, es decir, que el fluido circula una vez por la coraza y el fluido que se encuentra en el interior de los tubos pasa dos veces.

Figura 3: Intercambiador de calor de coraza y tubos 1-2.

Los tubos que van por dentro de la coraza son colocados mediante una placa perforada representada:

Figura 4: Placa deflectora de un intercambiador de calor.

Estas placas deflectoras estn puestas para generar un flujo cruzado y inducir una mezcla turbulenta en el fluido que va por la coraza, la cual cosa mejora el intercambio por conveccin. Los tubos pueden presentar diferentes distribuciones: ajuste cuadrado, ajuste cuadrado girado o ajuste triangular.

En esta experiencia el ajuste de la placa deflectora es: AJUSTE CUADRADO.

Ajuste cuadrado: esta configuracin permite una mejor limpieza de los tubos. Tambin hace que haya una menor cada de presin en el lado de la coraza.

Figura 5: Ajuste Cuadrado.

1.4. Ensuciamiento.

Tras un perodo de funcionamiento, las superficies de transferencia de calor de un intercambiador de calor pueden llegar a recubrirse con varios depsitos presentes en las corrientes, o las superficies pueden corroerse como resultado de la interaccin entre los fluidos y el material empleado en la fabricacin del cambiador de calor. En cualquier de los casos, esta capa supone una resistencia adicional al flujo de calor y, por tanto, una disminucin de sus prestaciones.El efecto global se representa generalmente mediante un factor de suciedad, o resistencia de suciedad, Rf, que debe incluirse junto con las otras resistencias trmicas para obtener el coeficiente global de transferencia de calor.

El factor de suciedad se define:

1.5. Diferencia de temperatura logartmica.

MLDT es la media logartmica de la diferencia de temperatura entre los flujos calientes y fros en cada extremo del intercambiador. Cuanto mayor sea el MLDT, ms calor se transfiere. El uso de la LMTD directa surge del anlisis de un intercambiador de calor con el constante flujo de fluidos y propiedades trmicas.

Existen cuatro arreglos bsicos para determinar la media logartmica de temperatura:

Figura 5: Arreglos bsicos para determinar la media logartmica de temperatura.

(a) Contraflujo; (b) flujo paralelo; (c) fuente con temperatura constante y receptor con incremento de temperatura; (d) temperatura constante en el receptor y fuente con temperatura en decremento.

Para el intercambiador de contraflujo, donde los fluidos fluyen en sentidos contrarios a travs del intercambiador:

Para el intercambiador de flujo paralelo, donde los fluidos fluyen en el mismo sentido a travs del intercambiador:

1.6. Coeficiente global de transferencia de calor

El coeficiente de transferencia de calor es un trmino que relaciona las propiedades termodinmicas de un fluido con las resistencias que existen al flujo de calor en un intercambiador de calor.

El coeficiente global de transferencia de calor representa la capacidad de la superficie para transferir calor. Depende de los coeficientes convectivos individuales, (hi y he, denotados as en la suposicin de existir uno interno y otro externo), y de la resistencia conductiva de la superficie.

El coeficiente global de transferencia de calor puede estar basado, tanto en el rea interna del tubo como la externa y depende de tantas variables como sea preciso descomponerlo en sus partes.

1.7. Eficiencia

El rendimiento de un intercambiador de calor se mide comparando el diseo de las diferencias de temperatura y tasas de flujo con las mediciones reales. La medicin real se divide por el diseo para un valor de eficiencia.

La mayora de los intercambiadores de calor no alcanzan valores muy altos en la eficiencia debido a diferentes parmetros e incluso por la prdida de calor hacia el exterior.

La transferencia de calor en un intercambiador depende de la diferencia de temperatura, el coeficiente global de cada componente que intercambia calor, la capacidad de transferencia de calor del material de construccin, la velocidad con que circula cada componente pero la principal caracterstica que define cuanto calor intercambia un equipo es la superficie de contacto entre los dos fluido, el cual es un parmetro de construccin.

2) Ecuaciones

2.1. Flujo msico.

Donde:: Densidad del fluido, kg/m3.: Caudal o flujo volumtrico, m3/seg.

2.2. rea de transferencia de calor.

Donde:As: rea de transferencia de calor, m2.D: Dimetro externo del tubo del intercambiador, m.L: Longitud del intercambiador, m.N: Nmero de tubos.

2.3. Diferencia de temperatura logartmica en flujo en contracorriente.

Donde:T1: Temperatura del flujo caliente de entrada, C.T2: Temperatura del flujo caliente de salida, C.t1: Temperatura del flujo fro de entrada, C.t2: Temperatura del flujo fro de salida, C.

2.4. Calor transferido.

Donde:

Q: Flujo de calor, kW.

: Flujo msico del fluido, kg/seg.

Cp: Capacidad calorfica del fluido, kJ/kgC.

: Diferencia de temperatura, ya sea del flujo fro o flujo caliente, C.

2.5. Coeficiente global de transferencia de calor.

Donde:

U: coeficiente global de trasmisin de calor, kW/m2C.Q: Flujo de calor, kW.A: rea de transferencia de calor, m2.: Diferencia de temperatura logartmica, C.

2.6. Calor de diseo transferido.

Donde:

: Flujo de calor de diseo, kW.

: Flujo msico del fluido, kg/seg.

Cp: Capacidad calorfica del fluido, kJ/kgC.

: Temperatura de entrada del flujo caliente, C.

: Temperatura de entrada de flujo fro, C

2.7. Eficiencia del intercambiador.

Donde:

n: Eficiencia del intercambiador, %.

Q: Calor real transferido, kW.

: Calor de diseo transferido, kW

.

3) Magnitudes fsicas

3.1. rea: Es una medida de la extensin de unasuperficie, expresada enunidades de medidadenominadasUnidades de superficie.

3.2. Caudal: Es cantidad de materia expresada en unidades de volumen (litros, galones, m3, etc.), que pasa por un rea especfica en un determinado intervalo de tiempo; y se expresa en unidades de volumen por unidad de tiempo.

3.3. Calor: El calor es la transferencia de energa desde un cuerpo que se encuentra a mayor temperatura hasta otro de menor temperatura. Cuando ambos cuerpos igualan sus temperaturas se detiene la transmisin de energa.

3.4. Longitud: Es una medida de una dimensin.

3.5. Temperatura: Es el grado de calor que posee un cuerpo y se expresa en unidades de temperatura como lo son grados centgrados, grados Fahrenheit, grados Kelvin y grados Rankine.

3.6. Tiempo: El tiempo es una magnitud fsica con la que medimos la duracin o separacin de acontecimientos, sujetos a cambio, de los sistemas sujetos a observacin.

3.7. Volumen: El volumen []es una magnitud escalar []definida como el espacio ocupado por un objeto. Es una funcin derivada de longitud, ya que se halla multiplicando las tres dimensiones.

ASPECTOS METODOLGICOS

1) Mtodo (Procedimiento experimental)

Revisar las salidas de emergencia. Revisar los implementos de seguridad. Medir dimetro interno y externo del tubo. Medir el dimetro de la coraza. Medir el largo de Intercambiador de calor. Definir corriente fra y corriente caliente. Definir configuracin del flujo: (1) El agua caliente entrar por los tubos y (2) El agua caliente entrar por la coraza. Se realizarn dos experiencias por configuracin. En que la segunda experiencia slo se har variar el flujo de la corriente fra. Medir temperaturas de entradas y salidas para las corrientes fra y caliente en la disposicin de flujos. Medir volmenes constantes respecto al tiempo, hacer tres mediciones para cada arreglo de flujo. Determinar el flujo msico de la corriente fra y de la corriente caliente. Determinar la velocidad de flujo msico mximo y mnimo. Determinar el flujo de calor y el flujo de calor mximo. Determinar el rea de transferencia de calor. Determinar el coeficiente global de transferencia de calor. Determinar la eficiencia para cada disposicin de flujos.

2) Materiales y equipo

Intercambiador de calor multitubular. Termocuplas. Equipo de calefaccin de agua. Probeta 2000 mL 20 mL. Cronmetro.3) Aspectos de seguridad

Revisar el estado de las resistencias del estanque de calefaccin antes de conectarlas.

Tener cuidado con el contacto de las lneas y superficie calientes que no se encuentren aisladas.

Revisar e utilizar los implementos de seguridad: Casco, zapatos de seguridad, lentes de seguridad, delantal y guantes.

Mantener una actitud proactiva frente a la seguridad propia y del grupo.

RESULTADOS Y ANLISIS DE RESULTADOS

1) Resultados

1.1. Flujo msico fro y caliente:

ConfiguracinN ExperienciaFlujo Corriente Fra, (kg/s)Flujo Corriente Caliente, (kg/s)

110,1580,230

20,2850,230

210,1600,243

20,2940,243

Tabla N1: Flujos msicos de las corrientes fras y calientes.

1.2. Media logartmica de diferencia de temperatura:

ConfiguracinN ExperienciaMDLT (C)

1120,7

219,4

2120,3

218,8

Tabla N2: Media logartmica de diferencia de temperatura.

1.3. rea de transferencia de calor.

rea transferenciade calor0,603m2

Tabla N3: rea de transferencia de calor.

1.4. Flujo de Calor:

ConfiguracinN ExperienciaQ (kW)Corriente calienteQ (kW)Corriente Fra

115,8585,501

27,2997,282

217,3265,880

210,3785,777

Tabla N4: Flujo de transferencia de calor.

1.5. Coeficiente global de transferencia de calor.

ConfiguracinN ExperienciaCoeficiente Globalde Calor, (kW/m2C)

110,470

20,622

210,599

20,914

Tabla N5: Coeficiente global de transferencia de calor.

1.6. Calor de diseo transferido (Qmx).

ConfiguracinN ExperienciaQmx (kW)

1118,492

225,258

2118,910

226,861

Tabla N6: Flujo de transferencia de calor mximo.

1.7. Eficiencia del intercambiador de calor para los cuatro flujos.

ConfiguracinN ExperienciaEficiencia (%)

1131,68

228,90

2138,74

238,64

Tabla N7: Eficiencia del Intercambiador de calor.

2) Anlisis de Resultados

2.1. Comparacin del calor transferido por las dos configuraciones de operacin.

Se puede observa en la figura 7 que la mayor transferencia de calor se obtiene en la configuracin n2, es decir, cuando el flujo caliente circula por los tubos. Debido a que en la configuracin n1, es decir, cuando circula el flujo caliente por la coraza, se disipa parte del calor entregado por el flujo caliente.

Figura 7: Comparacin del flujo de transferencia de calor en dos configuraciones.

2.2. Comparacin de los coeficientes globales de transferencia de calor obtenidos.

Como se puede observar en la figura 8, la configuracin n2, es decir, cuando el flujo caliente circula por los tubos, presenta mayor coeficiente global de transferencia, lo cual nos indica que en esta configuracin la superficie tiene mayor capacidad por transferir calor.

Figura 8: Comparacin del Coeficiente global de transferencia de calor en dos configuraciones.

2.3. Anlisis de la eficiencia del intercambiador multitubular en cada condicin.

La configuracin n2, es decir, cuando el flujo caliente circula por los tubos presenta mayor rendimiento del intercambiador de calor, cercano al 40%, esta eficiencia es relativamente baja debido a las prdida de calor hacia el exterior.CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

1) Conclusiones

La configuracin n2, es decir, cuando el flujo caliente circula por los tubos, presenta mayor transferencia de calor, obtenindose menores porcentajes de prdida. De las dos configuraciones, se concluye que el coeficiente global de transferencia de calor en la configuracin n2, es decir, cuando el flujo caliente circula por los tubos, presenta la superficie mayor capacidad para transferir calor. La eficiencia de un intercambiador de calor no es elevada debido a las prdidas de calor hacia el exterior, pero entre las dos configuraciones, se concluye que cuando el fluido circula por los tubos se obtiene mayor porcentaje de eficiencia o rendimiento.

2) Recomendaciones

Instalar un sistema que regule el flujo volumtrico, es decir, que se pueda monitorear, de esta manera el flujo se podr mantener constante en distintas condiciones de operacin. Instalar termocuplas o un sistema que mida la temperatura del fluido en el interior del tubo y de la coraza. Tratar de recubrir con un material aislante para que las prdidas de calor hacia el exterior sean menores.

APNDICE DE CLCULOS1) Clculo del flujo msico.

De la ecuacin 2.1 del captulo Aspectos Conceptuales, se puede determinar los flujos msicos de las corrientes fra y caliente. En las configuraciones slo se hizo variar el flujo de la corriente fra, por lo tanto, para las dos experiencias de cada configuracin se obtiene el mismo flujo caliente.

Para la primera experiencia de la primera configuracin se tienen los siguientes datos de flujo de las corrientes fra y caliente:

Flujo Caliente

Tiempo (seg)Volumen (ml)Caudal (ml/seg)Caudal (m3/seg)

51210242,000,000242

5,521200217,390,000217

5,411240229,210,000229

Tabla N8: Datos de flujo de la corriente Caliente

Caudal promedioCorriente Caliente0,000230m3/seg

Flujo Fro

Tiempo (seg)Volumen (ml)Caudal (ml/seg)Caudal (m3/seg)

10,261630158,870,000159

10,621650155,370,000155

101610161,000,000161

Tabla N9: Datos de flujo de la corriente Fra

Caudal promedio Corriente Fra0,000158m3/seg

Usando la ecuacin 2.1:

Donde:: Densidad del fluido, kg/m3.Q: Caudal o flujo volumtrico, m3/seg.

De esta manera se procede para la segunda experiencia de la primera configuracin y para las dos experiencias de la segunda configuracin.2) Clculo de la diferencia de temperatura logartmica.

Con los datos de la primera experiencia de la primera configuracin, procedemos a calcular la temperatura media logartmica. Los datos son:

TemperaturaCorriente Fra (C)TemperaturaCorriente Caliente (C)

t123,2T123,2

t231,5T231,5

Tabla N10: Datos de la primera experiencia de la primera configuracin de flujos

Por la forma en que se distribuyen las temperaturas, corresponde a un flujo en contra-corriente. Usando la ecuacin 2.3 del captulo de Aspectos Conceptuales:

Donde:T1: Temperatura del flujo caliente de entrada, C.T2: Temperatura del flujo caliente de salida, C.t1: Temperatura del flujo fro de entrada, C.t2: Temperatura del flujo fro de salida, C.

Reemplazando los valores de las temperaturas se tiene:

De esta manera se procede para la segunda experiencia de la primera configuracin, y con las dos experiencias de la segunda configuracin.

3) Clculo del rea de transferencia de calor.

Usando la ecuacin 2.2 del captulo Aspectos Conceptuales se puede determinar el rea de transferencia de calor del intercambiador multitubular.

Donde:As: rea de transferencia de calor, m2.D: Dimetro externo del tubo del intercambiador, m.L: Longitud del intercambiador, m.N: Nmero de tubos.

El rea de transferencia de calor es el rea de transferencia de los 12 tubos del intercambiador. Datos:Dimetro externo del tubo del intercambiador: 0,016 [m].Longitud del intercambiador de calor: 1 [m]N de tubos: 12.

4) Clculo del flujo de calor.

Usando la ecuacin 2.4 del captulo Aspectos Conceptuales se puede determinar el flujo de calor, el cual para la corriente fra y caliente debera resultar ser el mismo. Pero como se ver con los resultados se obtiene una diferencia entre estos.

Donde:

Q: Flujo de calor, kW.

: Flujo msico del fluido, kg/seg.

Cp: Capacidad calorfica del fluido, kJ/kgC.

: Diferencia de temperatura, ya sea del flujo fro o flujo caliente, C.

Se realizaron dos configuraciones, la primera configuracin consiste en que el flujo caliente circula por la coraza y la segunda configuracin consiste en que el flujo caliente circula por los tubos.

Para la primera experiencia de la primera configuracin se tienen los siguientes resultados:Caudal promedio0.000230m3/seg

Con la densidad, se convierte el caudal promedio a flujo msico para el ajuste de unidades en la ecuacin de transferencia de calor:

W0.230kg/seg

El Cp que se utilizara en el clculo:

Cp4.184Kj/kgC

Las temperaturas obtenidas fueron las siguientes:

T1: Temperatura de entrada del flujo caliente = 51,1 C.T2: Temperatura de salida del flujo caliente = 45C.

Reemplazando los datos se obtiene:

De esta manera se procede con segunda experiencia de la primera configuracin y para las dos configuraciones de la segunda configuracin.

5) Clculo del coeficiente de global de transferencia de calor de cada disposicin de flujo.

Usando la ecuacin 2.5 del captulo Aspectos Conceptuales se puede determinar el coeficiente global de transferencia de calor.

Donde:U: coeficiente global de trasmisin de calor, kW/m2C.Q: Flujo de calor, kW.A: rea de transferencia de calor, m2.: Diferencia de temperatura logartmica, C.

Para la primera experiencia de la primera configuracin se tienen los siguientes resultados, los cuales han sido obtenidos en los puntos anteriores (en los puntos 2, 3 y 4 de este captulo):

Q = 5,858 [kW] = 20,7 C.A = 0,0603 [m2]Reemplazando, obtenemos:

De esta manera se procede para la segunda experiencia de la primera configuracin y para las dos experiencias de la segunda configuracin.

6) Clculo del flujo de calor mximo.

Usando la ecuacin 2.6 del captulo Aspectos Conceptuales se puede determinar el flujo de calor mximo.

Donde:

: Flujo de calor de diseo, kW.

: Flujo msico del fluido, kg/seg.

Cp: Capacidad calorfica del fluido, kJ/kgC.

: Temperatura de entrada del flujo caliente, C.

: Temperatura de entrada de flujo fro, C

Primero se determina , calculando el flujo de la corriente fra y de la corriente caliente, y entre estos se determina el mnimo.

Los datos de la primera experiencia de la primera configuracin son:

Por lo tanto.

Luego, las temperaturas de entrada del flujo fro y caliente son:T1 = 51,1 Ct1 = 23,2 C

Entonces, el flujo de calor mximo resulta:

De esta manera se procede para la segunda experiencia de la primera configuracin y para las dos experiencias de la segunda configuracin.

7) Clculo de la eficiencia con las distintas condiciones de operacin.

Usando la ecuacin 2.7 del captulo Aspectos Conceptuales se puede determinar la eficiencia del intercambiador de calor.

Donde:

n: Eficiencia del intercambiador, %.

Q: Calor real transferido, kW.

: Calor de diseo transferido, kW

Para la primera experiencia de la primera configuracin se tienen los siguientes resultados obtenidos en los puntos 4 y 6 de este captulo. Q = 5,858 [kW]Qmx = 18,462 [kW]

Por lo tanto, la eficiencia resulta:

8) Clculo del coeficiente global de transferencia de calor mediante ecuaciones de la literatura (kern).

1. Calculo del rea transversal al flujo de fluido.

1.1. rea de los tubos internos.

Donde:: rea transversal al flujo de los tubos, [m2].Nt: Nmero total de tubos = 12.: Nmero de pasos por los tubos = 2.D: Dimetro interno del tubo = 0,0134 [m].

1.2. rea de la coraza.

Donde:Dc: Dimetro interno de la coraza = 0,12025 [m].C: Distancia entre tubos adyacentes = 0,003 [m].B: Distancia entre bafles. Pt: Pasos de tubos.

2. Clculo de las velocidades msicas y parmetros de Reynolds y Prandtl.

2.1. Tubos.

Donde:W: Flujo msico del fluido caliente, [kg/seg].: Flujo msico del fluido fro, [kg/seg].: rea transversal al flujo de los tubos, [m2].

Con los datos de la primera experiencia:

Con esta temperatura se determina el nmero de Prandtl y el nmero de Reynolds.

D: Dimetro interno del tubo = 0,0134 [m].: Velocidad msica del tubo = 272 [kg/m2C]: Viscosidad del fluido (agua) a la temperatura Tc, = 0,000532 [kg/mseg] (obtenido de tabla del libro Bird).

De tablas Appendix, Physica properties Gases and Liquids se obtiene que:Pr = 3,84

2.2. Coraza.

Donde:W: Flujo msico del fluido caliente, [kg/seg].: Flujo msico del fluido fro, [kg/seg].: rea transversal al flujo de la coraza, [m2].

Con los datos de la primera experiencia:

Con esta temperatura se determina el nmero de Prandtl y el nmero de Reynolds.

De: Dimetro equivalente para arreglo en cuadrado:

Donde:Pt: Pasos de tubos : Dimetro externo de los tubos = 0,0016 [m]

: Velocidad msica de coraza = 1041 [kg/m2C]: Viscosidad del fluido (agua) a la temperatura Tc, = 0,000532 [kg/mseg] (obtenido de tabla del libro Bird).

De tablas Appendix, Physica properties Gases and Liquids se obtiene que:Pr = 3,84

3. Clculo del coeficiente convectivo.

3.1. Fluido por los tubos.

Para Re 2100, la correlacin es:

Se asume que = 1, debido a que la viscosidad del agua no vara significativamente con la temperatura.

De: Dimetro equivalente =1,19 [m].Rec = 2,33*106.Pr = 3,84.k a la temperatura Tc, k = 0,000636 [kJ/msegC]

4. Clculo del coeficiente global de transferencia de calor limpio.

REFERENCIAS

R. B. Bird Fenmenos de Transporte, pp. 1-8. Tablas Appendix, Physica properties Gases and Liquids. Kern, D. Procesos de Transferencia de Calor. Compaa Editorial continental, Mxico, 2001. Fuentes de internet: http://www.cie.unam.mx/~ojs/pub/HeatExchanger/Intercambiadores.pdf http://www.thermoequipos.com.ve/pdf/articulo_02.pdf

35