INTERCAMBIADOR DE CALOR

INTERCAMBIADOR DE CALOR

Objetivos:

Fundamento teórico Los intercambiadores de calor seran siempre uno

de los indespensables equipos en las transferencia de calor. Estos han obteniendo usos en los sistemas de refrigeracion como condensadores o evaporadores, pero no solo en esta area sino tambien enlas maguinarias pesadas chinas utilizan intercambiadores de calor para enfriar el aceite que circula por el comvertidor, caja y sistema hidraulico.

como podemos ver los intercambiadores son indespenasables en el area mecanica, es por eso la realizacion de este laboratorio.

Efectividad y numero de unidades de transferencia:

La formula de la DTLM para el rendimiento de un intercambiador de calor solo es util cuando se conocen las temperaturas de entrada y de salida, ya sea porque se han medido experimentalmente o porque se especifican en el diseño. Si se desea calcular las temperaturas de entrada y de salida, dados un intercambiador y sus velocidades de flujo, el método de la DTLM exige un procedimiento iterativo de regulación, o bien el uso de tablas elaboradas para este propósito. El procedimiento iterativo puede evitarse expresando el rendimiento del intercambiador en función de la efectividad y el numero de unidades de transferencia.

Las temperaturas de entrada y de salida estan indicadas por Ent y Sal , respectivamente, y no por las posiciones x=0 y x=L, como en el analisis por el metodo de la DTLM. definimos ahora la efectividad del intercamviador como el cociente entre el calor transferido y la maxima que se puede transmitir en un intercambiador de contra flujo de longitud infinita. Esta definicion es mas general que la que usamos en el caso de un intercambiador de una sola corriente.

Analizando con mas cuidado obtenemos las siguientes formulas que son tanto para flujo paralelo como para contraflujo:

Paralelo: ε = 1- Exp(-Nut(1+Rc)) 1+Rc Contraflujo: ε = 1- Exp(-Nut(1+Rc)) 1 - R Exp(-Nut(1+Rc))

Donde : Rc = Cmin/Cmax ≤ 1 Nut = U*P*L/Cmin C = calores expecificos de la corriente fria o

caliente , depende del sentido de flujo. En apendices se muestra la variacion del Nut vs

ε y las diferentes formulas para ε en diferentes intercambiadores.

¿Qué afecta al flujo de calor? 1.Diferencia de temperatura si la diferencia de temperatura entre un cuerpo frio y otro

caliente es grande, el calor fluira del caliente al frio rapidamente, pero si la diferencia de temperatura es pequeña, el calor fluira lentamente.

2.Area de contacto Con grandes areas de contacto entre el curpo frio y el

caliente, el calor fluira mas rapidamente que con las areas pequeñas de contacto.

3.Tipo de material Algunos materiales llamados conductores, permiten que el

calor fluya facilmente atraves de ellos; mientras que otros, llamados aislantes, dificultan el flujo de calor.

Problemas de las peliculas de superficie

Sobre la superficie de tubos, el aire en el exterior y el refrigerante en el interior se forman zonas de resistencia al flujo de BTU. A estas zonas se les llama pelicula de superficie.

El lado del aire: La pelicula de superficie del lado de aire en especial,

impide el flujo de calor debido a que el aire, al igual que muchos gases, es por naturaleza conductor pobre. De hecho esta pelicula es el principal obstaculo al flujo de calor en un intercambiador. Un metodo usado a menudo para compensar la pelicula de superficie del lado del aire, consiste en aumentar a superficie de la tuberia del intercambiador de calor equipandolo de aletas o collares; con esto no se elimina la pelicula del aire pero se aumenta la superficie de transferencia.

Otra tecnica es introducir una corriente rapida de aire sobre el intercambiador de calor con un ventilador. Esto es muy efectivo y ademas proporciona un flujo de calor adicional al corrientes de conveccion artificiales.

El lado del refrigerante:

En el interior del evaporador, el problema de la pelicula de superficie puede reducirse aumentando el grado de mojado de las paredes del tubo del refrigerante. Al haber mojado suficiente es minima la formacion de peliculas y el flujo de calor es mejor y mas eficiente.

Conector derecho

Intercambiador general

medidor de altura

Panorama general

Tablero

Soplador

Datos tomados en el laboratorio

EN PARALELO

VENT. CALEF.

V I TeAIRE TsAIRE P TeH2O TsH2O tH2O|200ml TpIzq TpDer

[ V ] [ A ] [ ºC ] [ ºC ]

[ pulg H2O ] [ Pa ] [ ºC ] [ ºC ] [ s ] [ ºC ] [ ºC ]

80

80 70 2,3 58 36 1,1 274,0914 24 27 68 29 25

100 90 2,9 83 43 1,15 286,5501 25 29 83 35 30

120 110 3,5 112 50 1,15 286,5501 24 31 86 40 34

130 120 3,8 132 57 1,15 286,5501 24 36 89 45 37

160

80 72 2,4 68 48 4,44 1106,33256 25 40 82 48 31

100 90 2,9 71 47 4,36 1086,39864 24,8 36 85 41 29

120 105 3,4 85 53 4,27 1063,97298 24,9 36,5 90 45 31

130 115 3,8 96 58 4,35 1083,9069 25 32 94 50 32

220

80 71 2,3 63 46 6,95 1731,7593 25 40 94 46 30

100 88 2,9 65 47 6,75 1681,9245 25 38 97 43 31

120 105 3,49 77 54 6,75 1681,9245 25 38 97 47 32

130 115 3,7 86 59 6,8 1694,3832 25 40 98 51 34

Calculos para flujo paralelo Calculo del flujo de masa: Caudal=V/t = 200 ml/68 s Caudal=2.94 ml/s Caudal=0.0105 m3/h mH2O = ρxCaudal =996.81x0.0105 mH2O =10.55 kg/h Calor transferido: Q = mH2OxCP H2Ox(TsH2O-TeH2O) Q = 10.5544x0.9975x(27-24) Q = 31.584 kcal/h

Flujo de aire: maire = Q/CP(Teaire-Tsaire) maire = 31.584/0.24x(58-36) maire = 5.9818 kg/h

Calculo del coeficiente pelicular h para el aire : ha = Q/A1xΔTa donde A1 =104.779x10^-3 m ΔTa = [(Teaire –TTD)-(Tsaire-TTI)]/ln[(Teaire –TTD)/(Tsaire-

TTI)] ΔTa = [(58-25)-(36-29)]/ln[(58-25)/(36-29)] ΔTa = 16.7677ºC ha =31.854/104.779x10^-3x16.7677 ha = 17.97 kcal/h m2 ºC Para el Agua: hH2O = Q/A2xΔTH2O Donde A2 =118.446x10^-3 m ΔTH2O = [(TTD –TeH2O)-(TTI-TsH2O)]/ln[(TTD –TeH2O)/(

TTI-TsH2O)] ΔTH2O = [(25-24)-(29-27)]/ln[(25-24)/(29-27)] ΔTH2O = 1.4426ºC hH2O =31.854/118.496x10^-3x1.4426 hH2O = 184.75 kcal/h m2 ºC

Coeficiente Global (U): U =1/AxΣR =

1/A1[1/haxA1+ln(r2/r1)/2πKtxL+1/hH2OxA2] 1/haxA1 =1/17.97x 104.779x10^-3 = 0.5311 1/hH2OxA2 = 1/184.75x 118.469x10^-3 = 0.0456 ln(r2/r1)/2πKtxL =34.6584x10^-6 U =1/104.779x10^-3[0.5311+0.0456+34.6584x10^-6] U = 16.54 Kcal/ h m ºC Eficiencia del intercambiador: E = Q/Cminx(Teaire – TeH2O) mairexCpaire= 1.4356 mH2OxCpH2O= 10.52 Entonces Cmin =1.4356 E = 31.584/1.4356x(58-24) E = 64.7 %

Calculo del Numero de unidades de refrigeración de calor:

NUT =U A1/Cmin NUT = 16.54x104.779x10^-3/1.4356 NUT =1.20719 Calculo de numero de Reynolds Re = maire D1/Axµ Re = 5.9818x0.018237/3600x2.61219x10^-

4x1.9842x10^-5 Re aire = 5846.5186 Para el Agua : Re = mH2ODH/Axµ Re = 10.5544x0.01668/7.6x10^-4x8.737x10^-4 Re = 265126.82

DATOS: En Paralelo

EN PARALELO

V I TeAIRE TsAIRE ∆P TeH2O TsH2O tH2O|200ml TpIzq TpDer[ V ] [ A ] [ ºC ] [ ºC ] [ pulg H2O ] [ Pa ] [ ºC ] [ ºC ] [ s ] [ ºC ] [ ºC ]

80 70 2,3 58 36 1,1 274,0914 24 27 68 29 25100 90 2,9 83 43 1,15 286,5501 25 29 83 35 30120 110 3,5 112 50 1,15 286,5501 24 31 86 40 34130 120 3,8 132 57 1,15 286,5501 24 36 89 45 3780 72 2,4 68 48 4,44 1106,33256 25 40 82 48 31100 90 2,9 71 47 4,36 1086,39864 24,8 36 85 41 29120 105 3,4 85 53 4,27 1063,97298 24,9 36,5 90 45 31130 115 3,8 96 58 4,35 1083,9069 25 32 94 50 3280 71 2,3 63 46 6,95 1731,7593 25 40 94 46 30100 88 2,9 65 47 6,75 1681,9245 25 38 97 43 31120 105 3,49 77 54 6,75 1681,9245 25 38 97 47 32130 115 3,7 86 59 6,8 1694,3832 25 40 98 51 34

VENT. CALEF.

80

160

220

DATOS: En Contraflujo

EN CONTRAFLUJO

V I TeAIRE TsAIRE ∆P TeH2O TsH2O tH2O|200ml TpIzq TpDer[ V ] [ A ] [ ºC ] [ ºC ] [ pulg H2O ] [ Pa ] [ ºC ] [ ºC ] [ s ] [ ºC ] [ ºC ]

80 72 2,4 83 45 1,1 274,0914 28 41,8 98 28 45100 90 2,45 91 45 1,15 286,5501 26 41,8 100 29 46120 107 3,4 113 47 1,15 286,5501 26 40 102 29 48130 114 3,6 123 52 1,15 286,5501 26 42,5 103 30 4980 70 2,2 74 49 4,2 1046,5308 25 45,5 110 31 54100 90 2,9 76 48 4,2 1046,5308 25 44,5 113 30 50120 105 3,4 83 51 4,2 1046,5308 25,5 44 114 31 50130 115 3,7 95 53 4,25 1058,9895 25,5 44,8 115 31 5480 70 2,3 63 47 7,15 1781,5941 25,5 47 115 31 53100 90 2,9 68 47 6,92 1724,28408 25,5 44 117 31 47,5120 105 3,4 80 52 6,92 1724,28408 25,5 44 115 32 51130 115 3,7 88 55 6,91 1721,79234 25,5 47 118 33 56

160

220

V Q

80

CÁLCULOS: En Paralelo FLUJOS Y CALOR TRANSMITIDO:

mH2O mAIRE Q10,57 5,9885 31,6198,66 3,5979 34,5408,35 3,9205 58,3378,07 5,3686 96,6358,76 27,3136 131,1058,45 16,3953 94,4377,98 12,0281 92,3767,64 5,8522 53,3727,64 28,0314 114,3687,41 22,2346 96,0547,41 17,4010 96,0547,33 16,9290 109,700

CÁLCULOS: Coeficiente Pelicular del Aire

COEFICIENTE PELICULAR DEL AIRE:

A1 ∆Tmax ∆Tmin ∆T HAIRE

[ m2 ] [ ºC ] [ ºC ] [ ºC ] [ kcal/h.m2.ºC ]0,10477924 33 7 16,768 17,9970,10477924 53 8 23,799 13,8510,10477924 78 10 33,104 16,8180,10477924 95 12 40,117 22,9900,10477924 37 6 17,041 73,4270,10477924 42 6 18,500 48,7180,10477924 54 8 24,090 36,5980,10477924 64 8 26,930 18,9150,10477924 33 3,5 13,148 83,0200,10477924 34 4 14,018 65,3950,10477924 45 7 20,422 44,8890,10477924 52 8 23,507 44,539

)TTl n (

TTT

m in

m a x

m inm a xa r =

∆∆

∆−∆=∆

TAQh

aa r ∆=

1

CÁLCULOS: Coeficiente Pelicular del Agua

COEFICIENTE PELICULAR DEL AGUA:

A2 ∆Tmax ∆Tmin ∆T hH2O

[ m2 ] [ ºC ] [ ºC ] [ ºC ] [ kcal/h.m2.ºC ]0,11849686 1 2 1,443 184,9580,11849686 5 6 5,485 53,1440,11849686 10 9 9,491 51,8700,11849686 13 9 10,878 74,9700,11849686 6 8 6,952 159,1460,11849686 4,2 5 4,588 173,6900,11849686 6,1 8,5 7,234 107,7670,11849686 7 18 11,647 38,6720,11849686 5 6 5,485 175,9690,11849686 6 5 5,485 147,7900,11849686 7 9 7,958 101,8580,11849686 9 11 9,967 92,887

)TTl n (

TTT

m in

m a x

m inm a xa g

∆∆

∆−∆=∆

TAQh

ag2ag ∆=

CÁLCULOS: Coeficiente Global (U)

COEFICIENTE GLOBAL (U):

1/(Haire*A1) 1/(HAGUA*A2) Ln(r2/r1)/(2.K.p.L) R U

0,53030 0,04563 3,466E-05 0,5760 16,57040,68902 0,15880 3,466E-05 0,8478 11,25660,56747 0,16270 3,466E-05 0,7302 13,07020,41514 0,11257 3,466E-05 0,5277 18,08460,12998 0,05303 3,466E-05 0,1830 52,14090,19590 0,04859 3,466E-05 0,2445 39,03050,26078 0,07831 3,466E-05 0,3391 28,14300,50458 0,21822 3,466E-05 0,7228 13,20340,11496 0,04796 3,466E-05 0,1630 58,56890,14594 0,05710 3,466E-05 0,2031 46,99610,21261 0,08285 3,466E-05 0,2955 32,29800,21428 0,09085 3,466E-05 0,3052 31,2740

RA1U

i1

=∑

CÁLCULOS: Eficiencia del Intercambiador (E)

EFICIENCIA DEL INTERCAMBIADOR (E)

mAIRE*CPAIRE mH2O*CPH2O Cmin E[ % ]

1,437248542 10,53982264 1,43724854 64,710,863503542 8,635035416 0,86350354 68,970,940914399 8,33381325 0,9409144 70,451,288463711 8,052898197 1,28846371 69,446,555255544 8,740340726 6,55525554 46,513,934867119 8,431858112 3,93486712 51,952,886740312 7,96342155 2,88674031 53,241,404522838 7,624552548 1,40452284 53,526,727546366 7,624552548 6,72754637 44,745,33631341 7,388741644 5,33631341 45,00

4,176245277 7,388741644 4,17624528 44,234,062970179 7,313346321 4,06297018 44,26

)Ts alin(C)Ts alTin(C pmE

a gm in

a ra ra r

−−

=

CÁLCULOS: Número de Unidades Térmicas (NUT)

NUT1,2081,3661,4551,4710,8331,0391,0210,9850,9120,9230,8100,807

CU AN U T

m i

1=

CÁLCULOS: Número de Reynolds del Agua (Reagua) Número de Reynolds del Agua (Reaire)

NUMERO DE REYNOLDS DEL AIRE

A ReAIRE

0,000261 6300,30060,000261 3785,24090,000261 4124,57790,000261 5648,08970,000261 28735,51750,000261 17248,82310,000261 12654,27050,000261 6156,84470,000261 29490,76890,000261 23392,18150,000261 18306,92460,000261 17810,3737

NUMERO DE REYNOLDS DEL AGUA:

DH A ReAGUA

0,0166878 0,00075936 236375,030,0166878 0,00075936 193656,650,0166878 0,00075936 186901,190,0166878 0,00075936 180601,150,0166878 0,00075936 196018,320,0166878 0,00075936 189100,020,0166878 0,00075936 178594,470,0166878 0,00075936 170994,700,0166878 0,00075936 170994,700,0166878 0,00075936 165706,210,0166878 0,00075936 165706,210,0166878 0,00075936 164015,33

GRÁFICAS: hH2O vs. ReH2O

hH2O vs. ReH2O

y = 3E-08x2 - 0,01x + 1005,1R2 = 0,194

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

160000 170000 180000 190000 200000 210000 220000 230000 240000

ReH2O

hH2O

hH2O vs. ReH2O Polinómica (hH2O vs. ReH2O)

GRÁFICAS: hH2O vs. ReH2O-[80]

hH2O vs. ReH2O-[80]

y = 9E-08x2 - 0,0345x + 3443,4R2 = 0,9956

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

180000 190000 200000 210000 220000 230000 240000

ReH2O

hH2O



hH2O vs. ReH2O-[160]

y = -3E-07x2 + 0,1181x - 11153R2 = 0,9883

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

170000 175000 180000 185000 190000 195000 200000

ReH2O

hH2O




y = -1E-06x2 + 0,4543x - 38896R2 = 0,7706

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

164000 165000 166000 167000 168000 169000 170000 171000

ReH2O

hH2O


GRÁFICAS: hAIRE vs. ReAIRE

hAIRE vs. ReAIRE

y = 2E-08x2 + 0,0018x + 8,0822R2 = 0,9844

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

ReAIRE

hAIRE

hAIRE vs. ReAIRE Polinómica (hAIRE vs. ReAIRE)

GRÁFICAS: hAIRE vs. ReAIRE -[80]

hAIRE vs. ReAIRE-[80]

y = -5E-06x2 + 0,0487x - 104,56R2 = 0,9809

0

5

10

15

20

25

3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500

ReAIRE

hAIRE




y = -2E-08x2 + 0,0032x + 0,0156R2 = 0,9999

0

10

20

30

40

50

60

70

80

5000 10000 15000 20000 25000 30000

ReAIRE

hAIRE




y = -8E-08x2 + 0,0072x - 58,339R2 = 0,9984

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

16000 18000 20000 22000 24000 26000 28000 30000

ReAIRE

hAIRE


GRÁFICAS: U vs. ReAGUA

U vs. ReH2O

y = 1E-09x2 - 0,0008x + 132,41R2 = 0,09510

10

20

30

40

50

60

70

160000 170000 180000 190000 200000 210000 220000 230000 240000

ReH2O

U

U vs. ReH2O Polinómica (U vs. ReH2O)

GRÁFICAS: U vs. ReAGUA -[80]

U vs. ReH2O-[80]

y = 1E-08x2 - 0,005x + 529,91R2 = 0,9665

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

180000 190000 200000 210000 220000 230000 240000

ReH2O

U



U vs. ReH2O-[160]

y = -4E-09x2 + 0,003x - 378,95R2 = 0,9847

0

10

20

30

40

50

60

170000 175000 180000 185000 190000 195000 200000

ReH2O

U



U vs. ReH2O-[220]

y = -2E-07x2 + 0,0699x - 6131R2 = 0,7875

0

10

20

30

40

50

60

70

164000 165000 166000 167000 168000 169000 170000 171000

ReH2O

U


GRÁFICAS: U vs. ReAIRE

U vs. ReAIRE

y = 7E-09x2 + 0,0015x + 6,6896R2 = 0,9696

0

10

20

30

40

50

60

70

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

ReAIRE

hAIRE

U vs. ReAIRE Polinómica (U vs. ReAIRE)

GRÁFICAS: U vs. ReAIRE -[80]

U vs. ReAIRE-[80]

y = -2E-06x2 + 0,0244x - 49,932R2 = 0,9925

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500

ReAIRE

hAIRE



U vs. ReAIRE-[160]

y = -5E-08x2 + 0,0034x - 6,1187R2 = 0,9979

0

10

20

30

40

50

60

5000 10000 15000 20000 25000 30000

ReAIRE

hAIRE



U vs. ReAIRE-[220]

y = -8E-08x2 + 0,0062x - 53,757R2 = 0,9996

0

10

20

30

40

50

60

70

17000 19000 21000 23000 25000 27000 29000 31000

ReAIRE

hAIRE


GRÁFICAS: ∆P vs. ReAGUA

∆P vs. ReH2O

y = -1E-06x + 1,3306R2 = 0,9554

y = 3E-05x + 2,294R2 = 0,7551

y = 4E-06x + 3,5714R2 = 0,4624

0

1

2

3

4

5

6

7

8

160000 170000 180000 190000 200000 210000 220000 230000 240000 250000

ReH2O

∆P

DP vs. ReH2O-[80] DP vs. ReH2O-[160] DP vs. ReH2O-[220]DP vs. ReH2O Lineal (DP vs. ReH2O-[80]) Lineal (DP vs. ReH2O-[220])Lineal (DP vs. ReH2O-[160])

GRÁFICAS: ∆P vs. ReAGUA -[80]

∆P vs. ReH2O-[80]

y = -2E-11x2 + 8E-06x + 0,4243R2 = 0,9997

1,09

1,10

1,11

1,12

1,13

1,14

1,15

1,16

180000 190000 200000 210000 220000 230000 240000

ReH2O

∆P

DP vs. ReH2O-[80] Polinómica (DP vs. ReH2O-[80])


∆P vs. ReH2O-[160]

y = 6E-10x2 - 0,0002x + 25,095R2 = 0,9334

4,26

4,28

4,30

4,32

4,34

4,36

4,38

4,40

4,42

4,44

4,46

170000 175000 180000 185000 190000 195000 200000

ReH2O

∆P



DP vs. ReH2O-[220]

y = 1E-08x2 - 0,0032x + 274,07R2 = 1

6,70

6,75

6,80

6,85

6,90

6,95

7,00

164000 165000 166000 167000 168000 169000 170000 171000

ReH2O

DP


GRÁFICAS: ∆P vs. ReAIRE

∆P vs. ReAIRE

y = -3E-08x2 + 0,0002x + 0,5837R2 = 0,9327

y = 5E-06x + 4,2702R2 = 0,5136

y = 1E-05x + 6,5059R2 = 0,6286

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

ReAIRE

∆P

DP vs. ReAIRE-[80] DP vs. ReAIRE-[160] DP vs. ReAIRE-[220]DP vs. ReAIRE Polinómica (DP vs. ReAIRE-[80]) Lineal (DP vs. ReAIRE-[160])Lineal (DP vs. ReAIRE-[220])

GRÁFICAS: ∆P vs. ReAIRE -[80]

∆P vs. ReAIRE-[80]

y = -3E-08x2 + 0,0002x + 0,5837R2 = 0,9327

1,09

1,1

1,11

1,12

1,13

1,14

1,15

1,16

1,17

1,18

3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500

ReAIRE

∆P

DP vs. ReAIRE-[80] Polinómica (DP vs. ReAIRE-[80])



y = 5E-10x2 - 1E-05x + 4,3994R2 = 0,7643

4,26

4,28

4,3

4,32

4,34

4,36

4,38

4,4

4,42

4,44

4,46

5000 10000 15000 20000 25000 30000

ReAIRE

∆P


GRÁFICAS: ∆P vs. ReAIRE –[220]

DP vs. ReAIRE-[220]

y = 3E-09x2 - 0,0001x + 8,3159R2 = 0,9722

6,7

6,75

6,8

6,85

6,9

6,95

7

17000 19000 21000 23000 25000 27000 29000 31000

ReAIRE

DP


GRÁFICAS: E vs. NUT

E vs. NUT

y = 42,432x + 9,381R2 = 0,9518

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5

NUT

E

hH2O vs. ReH2O Lineal (hH2O vs. ReH2O)

GRÁFICAS: E vs. NUT -[80]

E vs. NUT-[80]

y = -76,967x2 + 226,02x - 96,032R2 = 0,9717

64

65

66

67

68

69

70

71

1,2 1,25 1,3 1,35 1,4 1,45 1,5

NUT

E



E vs. NUT-[160]

y = -363,54x2 + 708,31x - 291,3R2 = 0,994

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

0,83 0,88 0,93 0,98 1,03 1,08

NUT

E



E vs. NUT-[220]

y = 170,46x2 - 288,53x + 166,1R2 = 0,9996

43,8

44,0

44,2

44,4

44,6

44,8

45,0

45,2

0,788 0,808 0,828 0,848 0,868 0,888 0,908 0,928

NUT

E


CÁLCULOS: En Contraflujo FLUJOS Y CALOR TRANSMITIDO:

mH2O mAIRE Q[ kg/h ] [ kg/h ] [ kcal/h ]

7,33 11,0662 100,9247,19 10,2572 113,2407,04 6,2103 98,3726,98 6,7378 114,8126,53 22,2614 133,5686,36 18,4047 123,6806,30 15,1443 116,3086,25 11,9328 120,2826,25 34,8941 133,9936,14 22,4852 113,3266,25 17,1572 115,2966,09 16,4882 130,587

CÁLCULOS: Coeficiente Pelicular del Aire

)TTl n (

TTT

m in

m a x

m inm a xa r =

∆∆

∆−∆=∆

TAQh

aa r ∆=

1

COEFICIENTE PELICULAR DEL AIRE:

A1 ∆Tmax ∆Tmin ∆T HAIRE

[ m2 ] [ ºC ] [ ºC ] [ ºC ] [ kcal/h.m2.ºC ]0,10477924 38 17 26,107 36,8940,10477924 45 16 28,044 38,5370,10477924 65 18 36,604 25,6490,10477924 74 22 42,868 25,5610,10477924 20 18 18,982 67,1550,10477924 26 18 21,755 54,2570,10477924 33 20 25,960 42,7600,10477924 41 22 30,521 37,6130,10477924 18 16 16,980 75,3110,10477924 20,5 16 18,157 59,5670,10477924 29 20 24,222 45,4290,10477924 32 22 26,688 46,698

CÁLCULOS: Coeficiente Pelicular del Agua

)TTl n (

TTT

m in

m a x

m inm a xa g

∆∆

∆−∆=∆

TAQh

ag2ag ∆=

COEFICIENTE PELICULAR DEL AGUA:

A2 ∆Tmax ∆Tmin ∆T hH2O

[ m2 ] [ ºC ] [ ºC ] [ ºC ] [ kcal/h.m2.ºC ]0,11849686 17 13,8 15,344 55,5060,11849686 20 12,8 16,133 59,2340,11849686 22 11 15,870 52,3110,11849686 23 12,5 17,220 56,2670,11849686 29 14,5 20,919 53,8830,11849686 25 14,5 19,276 54,1480,11849686 24,5 13 18,147 54,0880,11849686 28,5 13,8 20,269 50,0790,11849686 27,5 16 21,233 53,2540,11849686 22 13 17,107 55,9040,11849686 25,5 12 17,910 54,3270,11849686 30,5 14 21,190 52,007

CÁLCULOS: Coeficiente Global (U)

RA1U

i1

=∑

COEFICIENTE GLOBAL (U):

1/(Haire*A1) 1/(HAGUA*A2) Ln(r2/r1)/(2.K.π.L) R U0,25868 0,15204 3,47E-05 4,11E-01 23,230,24766 0,14247 3,47E-05 3,90E-01 24,460,37210 0,16132 3,47E-05 5,33E-01 17,890,37338 0,14998 3,47E-05 5,23E-01 18,230,14212 0,15662 3,47E-05 2,99E-01 31,940,17590 0,15585 3,47E-05 3,32E-01 28,770,22320 0,15602 3,47E-05 3,79E-01 25,160,25374 0,16851 3,47E-05 4,22E-01 22,600,12673 0,15847 3,47E-05 2,85E-01 33,460,16022 0,15096 3,47E-05 3,11E-01 30,670,21008 0,15534 3,47E-05 3,65E-01 26,110,20437 0,16227 3,47E-05 3,67E-01 26,03

CÁLCULOS: Eficiencia del Intercambiador (E)

)Ts alin(C)Ts alTin(C pmE

a gm in

a ra ra r

−−

=

EFICIENCIA DEL INTERCAMBIADOR (E)

mAIRE*CPAIRE mH2O*CPH2O Cmin E (%)2,655899454 7,313346321 2,65589945 69,092,461735966 7,167079395 2,46173597 70,771,490479969 7,026548426 1,49047997 75,861,617076576 6,95832951 1,61707658 73,205,342731913 6,515526723 5,34273191 51,024,417131738 6,342548137 4,41713174 54,903,634620855 6,28691175 3,63462086 55,652,863864023 6,232242952 2,86386402 60,438,374576467 6,232242952 6,23224295 57,335,396457827 6,125708885 5,39645783 49,414,117731951 6,232242952 4,11773195 51,383,957170185 6,073796097 3,95717018 52,80

CÁLCULOS: Número de Unidades Térmicas (NUT)

CU AN U T

m i

1=

NUT0,9171,0411,2581,1820,6260,6820,7250,8270,5630,5950,6650,689

CÁLCULOS: Número de Reynolds del Agua (Reagua) Número de Reynolds del Agua (Reaire)

NUMERO DE REYNOLDS DEL AIRE NUMERO DE REYNOLDS DEL AGUA:

A ReAIRE DH A ReAGUA

0,000261 11642,36 0,0166878 0,00075936 164015,330,000261 10791,228 0,0166878 0,00075936 160735,020,000261 6533,6451 0,0166878 0,00075936 157583,350,000261 7088,59204 0,0166878 0,00075936 156053,420,000261 23420,3175 0,0166878 0,00075936 146122,750,000261 19362,8708 0,0166878 0,00075936 142243,380,000261 15932,6682 0,0166878 0,00075936 140995,630,000261 12553,9903 0,0166878 0,00075936 139769,580,000261 36710,6648 0,0166878 0,00075936 139769,580,000261 23655,8296 0,0166878 0,00075936 137380,360,000261 18050,4265 0,0166878 0,00075936 139769,580,000261 17346,5904 0,0166878 0,00075936 136216,12

GRÁFICAS: hH2O vs. ReH2O

hH2O vs. ReH2O

y = 3E-09x2 - 0,0008x + 107,71R2 = 0,2782

48

50

52

54

56

58

60

135000 140000 145000 150000 155000 160000 165000

ReH2O

hH2O



hH2O vs. ReH2O-[80]

y = -1E-07x2 + 0,0337x - 2654,6R2 = 0,1483

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

156000 157000 158000 159000 160000 161000 162000 163000 164000

ReH2O

hH2O




y = -3E-07x2 + 0,0903x - 6435,6R2 = 0,8677

49

50

51

52

53

54

55

56

139000 140000 141000 142000 143000 144000 145000 146000 147000

ReH2O

hH2O




y = -1E-06x2 + 0,3292x - 22689R2 = 0,9298

51

52

53

54

55

56

57

136000 136500 137000 137500 138000 138500 139000 139500 140000

ReH2O

hH2O



y = -1E-06x2 + 0,3292x - 22689R2 = 0,9298

51

52

53

54

55

56

57

136000 136500 137000 137500 138000 138500 139000 139500 140000

ReH2O

hH2O


GRÁFICAS: hAIRE vs. ReAIRE

hAIRE vs. ReAIRE

y = -3E-08x2 + 0,0029x + 6,9733R2 = 0,9563

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000

ReAIRE

hAIRE




y = -5E-07x2 + 0,0124x - 33,529R2 = 0,9586

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

6500 7500 8500 9500 10500 11500 12500

ReAIRE

hAIRE




y = 1E-07x2 - 0,0011x + 33,762R2 = 0,9948

0

10

20

30

40

50

60

70

80

12000 14000 16000 18000 20000 22000 24000

ReAIRE

hAIRE




y = -5E-08x2 + 0,0043x - 14,24R2 = 0,9919

0

10

20

30

40

50

60

70

80

17000 19000 21000 23000 25000 27000 29000 31000 33000 35000 37000

ReAIRE

hAIRE


GRÁFICAS: U vs. ReAGUA

U vs. ReH2O

y = 4E-09x2 - 0,0014x + 148,29R2 = 0,3376

0

5

10

15

20

25

30

35

40

135000 140000 145000 150000 155000 160000 165000

ReH2O

U



U vs. ReH2O-[80]

y = -1E-07x2 + 0,0479x - 3871R2 = 0,805

0

5

10

15

20

25

30

156000 157000 158000 159000 160000 161000 162000 163000 164000

ReH2O

U



U vs. ReH2O-[160]

y = -2E-07x2 + 0,0696x - 5053,5R2 = 0,9901

0

5

10

15

20

25

30

35

139000 140000 141000 142000 143000 144000 145000 146000 147000

ReH2O

U



U vs. ReH2O-[220]

y = -1E-06x2 + 0,3391x - 23437R2 = 0,3223

0

5

10

15

20

25

30

35

40

136000 136500 137000 137500 138000 138500 139000 139500 140000

ReH2O

U


GRÁFICAS: U vs. ReAIRE

U vs. ReAIRE

y = -2E-08x2 + 0,0012x + 10,929R2 = 0,9499

0

5

10

15

20

25

30

35

40

5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000

ReAIRE

hAIRE



U vs. ReAIRE-[80]

y = -4E-07x2 + 0,0083x - 20,17R2 = 0,963

0

5

10

15

20

25

30

6500 7500 8500 9500 10500 11500 12500

ReAIRE

hAIRE



U vs. ReAIRE-[160]

y = -6E-10x2 + 0,0009x + 11,299R2 = 0,9962

0

5

10

15

20

25

30

35

11000 13000 15000 17000 19000 21000 23000 25000

ReAIRE

hAIRE



U vs. ReAIRE-[220]

y = -3E-08x2 + 0,0019x + 0,7557R2 = 0,9959

0

5

10

15

20

25

30

35

40

17000 19000 21000 23000 25000 27000 29000 31000 33000 35000 37000

ReAIRE

hAIRE


GRÁFICAS: ∆P vs. ReAGUA

∆P vs. ReH2O

y = -6E-06x + 2,0795R2 = 0,6955

y = 4E-05x + 1,7038R2 = 0,3377

y = -6E-06x + 4,9995R2 = 0,3707

0

1

2

3

4

5

6

7

8

135000 140000 145000 150000 155000 160000 165000

ReH2O

∆P

DP vs. ReH2O-[80] DP vs. ReH2O-[160] DP vs. ReH2O-[220]DP vs. ReH2O Lineal (DP vs. ReH2O-[80]) Lineal (DP vs. ReH2O-[220])Lineal (DP vs. ReH2O-[160])


∆P vs. ReH2O-[80]

y = -2E-09x2 + 0,0005x - 42,305R2 = 0,9739

1,09

1,1

1,11

1,12

1,13

1,14

1,15

1,16

156000 157000 158000 159000 160000 161000 162000 163000 164000

ReH2O

∆P



∆P vs. ReH2O-[160]

y = 4E-09x2 - 0,0011x + 81,856R2 = 0,8618

4,17

4,18

4,19

4,2

4,21

4,22

4,23

4,24

4,25

4,26

139000 140000 141000 142000 143000 144000 145000 146000 147000

ReH2O

∆P



∆P vs. ReH2O-[220]

y = 1E-08x2 - 0,003x + 213,99R2 = 0,3533

6,85

6,9

6,95

7

7,05

7,1

7,15

7,2

136000 136500 137000 137500 138000 138500 139000 139500 140000

ReH2O

∆P


GRÁFICAS: ∆P vs. ReAIRE

∆P vs. ReAIRE

y = -9E-09x2 + 0,0002x + 0,5215R2 = 0,8711

y = -4E-06x + 4,2846R2 = 0,568

y = 1E-05x + 6,6771R2 = 0,9136

0

1

2

3

4

5

6

7

8

5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000

ReAIRE

∆P

DP vs. ReAIRE-[80] DP vs. ReAIRE-[160] DP vs. ReAIRE-[220]DP vs. ReAIRE Polinómica (DP vs. ReAIRE-[80]) Lineal (DP vs. ReAIRE-[160])Lineal (DP vs ReAIRE-[220])



y = -9E-09x2 + 0,0002x + 0,5215R2 = 0,8711

1,09

1,1

1,11

1,12

1,13

1,14

1,15

1,16

1,17

1,18

1,19

6500 7500 8500 9500 10500 11500 12500

ReAIRE

∆P




y = 1E-09x2 - 4E-05x + 4,5841R2 = 0,9208

4,18

4,19

4,2

4,21

4,22

4,23

4,24

4,25

4,26

12000 14000 16000 18000 20000 22000

ReAIRE

∆P


GRÁFICAS: ∆P vs. ReAIRE –[220]


y = 9E-10x2 - 3E-05x + 7,2556R2 = 0,9979

6,85

6,9

6,95

7

7,05

7,1

7,15

7,2

17000 19000 21000 23000 25000 27000 29000 31000 33000 35000 37000

ReAIRE

∆P


GRÁFICAS: E vs. NUT

E vs. NUT

y = 38,417x + 28,876R2 = 0,895

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3

NUT

E

hH2O vs. ReH2O Lineal (hH2O vs. ReH2O)


E vs. NUT-[80]

y = 37,456x2 - 62,249x + 94,754R2 = 0,9936

68

69

70

71

72

73

74

75

76

77

0,9 0,95 1 1,05 1,1 1,15 1,2 1,25 1,3

NUT

E



E vs. NUT-[160]

y = -48,998x2 + 116,61x - 2,5775R2 = 0,9795

50

52

54

56

58

60

62

0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85

NUT

E



E vs. NUT-[220]

y = 1730,4x2 - 2190,2x + 741,23R2 = 0,8627

46

48

50

52

54

56

58

0,56 0,58 0,6 0,62 0,64 0,66 0,68 0,7

NUT

E


CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES

La variación del flujo de agua , a medida que aumenta la velocidad del ventilador es casi constante en contraflujo y en paralelo (existe variación pero ligera)

Existe variación diversa en el flujo de aire con la variación de la velocidad del ventilador.

La variación de la temperatura del aire con respecto ala variación de la temperatura del agua es mayor , además cada uno de los cuales es casi constante.

El coeficiente pelicular del agua es mayor que la del aire, en nuestra experiencia

La efectividad del intercambiador de calor se aceptable y esta dentro del orden de 67 76% (variación ligera ) con respecto a la velocidad del ventilador.

El numero de Reynolds del aire es mayor que la del agua.

CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES

Se observa que la diferencia de temperatura media logarítmica es mayor para el contraflujo que para el flujo paralelo, por consiguiente el área superficial que se requiere para efectuar una transferencia de calor establecida Q, es más pequeña para el contraflujo que para el arreglo en flujo paralelo.

Se comprueba que la eficiencia de transferencia de calor entre fluidos para una instalación en contraflujo es mayor que la de paralelo, lo que tiene una estrecha relación con la conclusión anterior.

Se puede observar que el coeficiente pelicular para los fluidos (en flujo interno y flujo externo) aumenta con el aumento del número de Reynolds, pero tiende a un valor constante para Número de Reynolds altos (probablemente h sea constante para régimenes turbulentos plenamente desarrollados).

Se observa que la diferencia de temperatura media logarítmica es mayor para el contraflujo que para el flujo paralelo, por consiguiente el área superficial que se requiere para efectuar una transferencia de calor establecida Q, es más pequeña para el contraflujo que para el arreglo en flujo paralelo.

INTERCAMBIADOR DE CALOR

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