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Instituto Politcnico Nacional Escuela Superior de Ingeniera
Qumica e Industrias Extractivas
Instituto Politcnico Nacional Escuela Superior de Ingeniera
Qumica e Industrias Extractivas
Prctica Tubos Concntricos
Integrantes Emicente Proa Itzel N. Moreno Perea Juan Reyes
Santamara Ansony Yozhimar Vzquez Reyes Abraham Elier Zamorano
Fuentes Christian Alejandro
Transferencia de Calor
7 de Mayo de 2013
1. Objetivos
Conceptuales
Determinar la eficiencia trmica del equipo Analizar el
comportamiento del intercambiador de calor a diferentes condiciones
de operacin. Aprender a operar el equipo de tubos concntricos.
Determinar el coeficiente globar de transferencia de calor
experimental.
2. Marco Terico
Unintercambiador de calores un dispositivo diseado para
transferircalorentre dos medios, que estn separados por una barrera
o que se encuentren en contacto. Son parte esencial de los
dispositivos derefrigeracin,acondicionamiento de aire, produccin
deenergay procesamientoqumico.
Los intercambiadores de calor pueden clasificarse segn como sea:
Intercambiadores de contacto directo:son aquellos dispositivos en
los que los fluidos sufren una mezcla fsica completa.
Intercambiadores de contacto indirecto:
Alternativos:ambos fluidos recorren un mismo espacio de forma
alternada, la mezcla entre los fluidos es despreciable. De
superficie:son equipos en los que la transferencia de calor se
realiza a travs de una superficie, cilndrica o plana, sin permitir
el contacto directo.
Superficies extendidas
Al hablar de superficie extendida, se hace referencia a un slido
que experimenta transferencia de energa por conduccin dentro de sus
lmites, as como transferencia de energa por conveccin e (y/o
radiacin) entre sus lmites y los alrededores.
La aplicacin ms frecuente es aquella en la que se usa una
superficie extendida de manera especfica para aumentar la rapidez
de transferencia de calor entre un slido y un fluido contiguo, Las
aletas se usan cuando el coeficiente de transferencia de calor por
conveccin h es pequeo.Cuando a una superficie de transferencia de
calor se le agregan pedazos de metal sobre ella, estos aumentan la
superficie disponible para la transmisin con el consiguiente
aumento del intercambio de calor. A estos pedazos metlicos se les
conoce con el nombre de aletas. Estas pueden ser de muchos tipos,
siendo las ms usadas, las longitudinales, las transversales y las
acuadas.
Tipos de aletas
Aletas longitudinales: Se utilizan en intercambiadores de tubos
concntricos y de camisa y tubos (sin chicanas), cuando uno de los
fluidos es viscoso y escurre en rgimen laminar.
Aletas transversales: Usadas ampliamente para el calentamiento o
enfriamiento de gases en flujo cruzado.
5. Tablas de Datos Experimentales
Tabla de datos experimentales
Gmagua= 20 l/min Pv=0.6 Kg/cm2Datos Experimentales
TermoparTiempo 1Tiempo 2Tiempo 3Tiempo 4Promedio
1. (Agua Caliente)4950515150.25
2. (Agua fra)4950515150.25
3. (lnea de Vapor)103103103103103
4. (salida del Aire)4343444543.75
5. (Agua Caliente)5351515352
Anemmetro Temperatura Salida Aire C36.937.237.738.337.52
Anemometro Velocidad del aire 3.2m/s3.3m/s3.3m/s3.4m/s3.3m/s
Tabla de Datos del Equipo
di (m)de(m)Di (m)L total(m)L de aletas (m)Nbb (m)eb (m)
0,035910,041140,0721,8561,436240,012310,00139
Nb: Numero de aletas en un solo tubo interno b: Altura de la
aleta eb: Espesor de la aleta di: Dimetro interior del tubo
interior de: Dimetro exterior del tubo interior Di: Dimetro
interior del tubo exterior
Tabla de Datos de los fluidos
SustanciaDensidad[Kg/m3]Cp [Kcal/Kg OC] [Kg/mh]K [Kcal/mhOC]
Agua986.650.9941.89180.5
Aire1.1360.2400.0686340.02274
Secuencia de Clculos (para la primera corrida)
1. Gasto masa del aire.
2. Calculo del calor transferido.
3. Calculo del coeficiente global de transferencia de calor
experimental referido al rea interna.
4. Calculo del dimetro equivalente.
5. Calculo del nmero de Reynolds (Re).
6. Calculo del coeficiente de pelcula del aire referido al rea
del anulo (valor ledo en grafica Jf).
7. Con el valor obtenido de hf se entra a grfica y obtenemos el
valor de hfi.
8. Calculo del coeficiente de pelcula interno referido al rea
interna.
9. Como es flujo turbulento.
10. Calculo del coeficiente de transferencia de calor
terico.
11. Calculo de la eficiencia trmica de la aleta.
12. Calculo del porciento de desviacin.
Datos Experimentales
Tabla de datos experimentales
Gmagua= 30l/min Pv=0.6 Kg/cm2Datos Experimentales
TermoparTiempo 1Tiempo 2Tiempo 3Tiempo 4Promedio
1. (Agua Caliente)5252535352.5
2. (Agua fra)5252525252
3. (lnea de Vapor)103103103103103
4. (salida del Aire)4347484846.5
5. (Agua Caliente)5355545153.25
Anemmetro Temperatura Salida Aire C40.440.540.840.940.65
Anemometro Velocidad del aire
4.5m/s4.5m/s4.6m/s4.7m/s4.57m/s
Secuencia de Clculos (para la primera corrida)
13. Gasto masa del aire.
14. Calculo del calor transferido.
15. Calculo del coeficiente global de transferencia de calor
experimental referido al rea interna.
16. Calculo del dimetro equivalente.
17. Calculo del nmero de Reynolds (Re).
18. Calculo del coeficiente de pelcula del aire referido al rea
del anulo (valor ledo en grafica Jf).
19. Con el valor obtenido de hf se entra a grfica y obtenemos el
valor de hfi.
20. Calculo del coeficiente de pelcula interno referido al rea
interna.
21. Como es flujo turbulento.
22. Calculo del coeficiente de transferencia de calor
terico.
23. Calculo de la eficiencia trmica de la aleta.
24. Calculo del porciento de desviacin.
Conclusiones
Reyes Santamara Ansony Yozhimar
Mediante las series de clculos realizados podemos observar que
conforme los gastos aumentan el coeficiente global de transferencia
de calor U entre ms alto sea este coeficiente mejor ser la
capacidad para transferir calor, tambin existe un alto porcentaje
de desviacin esto se debe a que no se pueden controlar todos los
parmetros como el de la presin, el factor de incrusta miento,
etc.El coeficiente de pelcula interno aumenta conforme se aumenta
el gasto que se manipulo mediante un rotmetro, no as con la presin
que vara en todo el sistema ya que tenemos perdidas de presin por
los accesorios que despreciamos y tambin al entrar el fluido al
intercambiador de calor existe una variacin de presin y del
Reynolds al chocar nuestro fluido con las aletas del equipo de
transferencia de calor lo cual por lo general se vuelve un flujo
turbulento. La variacin del nmero de Reynolds en funcin del gasto
es que si se aumenta el gasto el fluido tendera a un estado
turbulento.De igual forma podemos ver que la intensidad en la
transferencia de calor media disminuye principalmente debido a las
siguientes causas: Disminucin de la porcin ms efectiva de
superficie que esta expuesta perpendicularmente al flujo
(superficie del tubo) y por consiguiente el aumento de la
superficie menos efectiva que esta expuesta paralelamente al flujo
(superficie de las aletas); Aumento del espesor de la capa lmite en
la aleta al hacer mayor su altura; Disminucin de la superficie de
la aleta ocupada por la zona de separacin y recirculacin, en la
cual la transferencia de calor por lo general es ms alta en
comparacin con los valores totales en la aleta.Existi una desviacin
elevada en cuanto a los valores de coeficientes de calor obtenidos:
terico-Experimental, esto debido a factores que afectaron a los
datos obtenidos mediante la realizacin de la experimentacin.
Zamorano Fuentes Christian Alejandro
Se comprendi como operan las superficies extendidas en los
intercambiadores de calor. Se demostraron las ventajas que ofrecen
los intercambiadores aletados, mediante el clculo del coeficiente
total de transferencia de calor. Cuando a una superficie de
transferencia de calor se le agregan pedazos de metal sobre ella,
estos aumentan la superficie disponible para la transmisin con el
consiguiente aumento del intercambio de calor. En la experimentacin
que se llevo a cabo no se present la transferencia de calor
esperada, sin embargo los resultados obtenidos hacen aceptable la
operacin del equipo.Los factores que pudieron haber afectado
nuestra experimentacin, se podra mencionar que fueron: la falta de
mantenimiento del equipo, ya que la lnea de vapor no estaba
completamente lista para operar.Con nuestros datos obtenidos
mediante la realizacin de los respectivos clculos podemos ver que
para incrementar la eficiencia trmica de las superficies de
intercambio de calor en las cuales uno de los fluidos es un vapor y
por lo tanto tiene lugar una baja densidad del flujo trmico, es
necesario intensificar la transferencia de calor.Conforme aumenta
el grado de turbulencia o para este caso el flujo dentro del
intercambiador de calor, la velocidad de transferencia, como el
calor transferido es mayor, aumenta, perdindose calor, por lo tanto
es menos efectiva.Aun que el equipo muestra una muy buena
eficiencia existen perdidas de calor de esto depende el material
con el que sean fabricadas las aletas al igual que del factor de
incrusta miento.
Vzquez Reyes Abraham Elier.La operacin y los clculos del
intercambiador de calor de tubos aletados o intercambiador de calor
de superficies extendidas nos ayudo a comprender las ventajas que
este nos ofrece. Por ejemplo el que este intercambiador de calor
tenga unas placas de metal adheridas al tubo nos ayuda al aumento
de rea de transferencia de calor por lo tanto aumenta el
intercambio de calor.Aunque los clculos obtenidos no fueron muy
correctos pero en ellos se puede comprobar lo anteriormente dicho
ya que nuestra eficiencia se encuentra entre los lmites
permitidos.Algunos factores que nos pudieron impedir tener unos
mejores datos y por lo tanto unos mejores resultados fueron: La
lnea de vapor no tena bastante presin, por lo tanto nos variaba
mucho la presin y podra ya traer condensado. Durante la
experimentacin el tanque de alimentacin a la bamba se quedo sin
liquido y esto nos provoco una variacin en el rotmetro.
Al termino de los clculos podemos observar que para incrementar
la eficiencia trmica de las superficies de intercambio de calor en
las cuales uno de los fluidos es un vapor y por lo tanto tiene
lugar una baja densidad del flujo trmico, es necesario intensificar
la transferencia de calor y al aumenta el flujo dentro del
intercambiador de calor, la velocidad de transferencia, como el
calor transferido es mayor, aumenta, perdindose calor, por lo tanto
es menos efectiva.