informe 2 op1

7/23/2019 informe 2 op1

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Que est

Integrantes:

• Rafael Morán• Ludy Rivas• Cristina Guerrero

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Fecha:

07/08/2014

1. OBJETIVOS

1.1. Objetivos Específicos

• Reafirmar los conceptos estudiados en el curso de transferencia de calor

• Comprender el funcionamiento de los intercambiadores de tubos y carcasautiliando e!uipos pilotos

• "eterminaci#n e$perimental del Coeficiente %lobal de transferencia de calor

&'" pr(ctico) y comprobaci#n con el Coeficiente %lobal de tubo limpio & 'c )

• "eterminaci#n e$perimental del factor de obstrucci#n & Rd )

• "eterminar la eficiencia de los e!uipos*

2. INTRODUCCIÓN TEÓRICA

+ continuaci#n se indica el funcionamiento de un intercambiador de calor de tubosy carcasas:

Ite!c"#bi"$o!es $e c"%o!

,Qu- es.

s un dispositio diseado para transferir calor de un fluido a otro por medio de

transferencia de calor entre dos fluidos sin necesidad de !ue estos entren en

contacto la transferencia ocurre por medio de una pared met(lica !ue separa a

ambas* 3on parte esencial de los dispositios de refri%eraci#n acondicionamientode aire producci#n de ener%a y procesamiento !umico

,5ara !u- sire un 6ntercambiador de Calor.

Calentar un uido fro mediante un uido con mayor temperatura*

Reducir la temperatura de un uido mediante un uido con menor temperatura*

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL

LITORAL

LABORATORIO DE TRANSFERENCIA DE

CALOR

PRÁCTICA # 2

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9lear al punto de ebullici#n a un uido mediante un uido con mayor

temperatura*

Condensar un uido en estado %aseoso por medio de un uido fro*

9lear al punto de ebullici#n a un uido mientras se condensa un uido %aseoso

con mayor temperatura*

Obse!v"ci&' "ebe !uedar claro !ue la funci#n de los intercambiadores de calor

es la transferencia de calor donde los uidos inolucrados deben estar a

temperaturas diferentes* 3e debe tener en mente !ue el calor s#lo se transere en

una sola direcci#n del uido con mayor temperatura hacia el uido de menor

temperatura* n los intercambiadores de calor los uidos utiliados no est(n en

contacto entre ellos el calor es transferido del uido con mayor temperatura hacia

el de menor temperatura al encontrarse ambos uidos en contacto t-rmico con las

paredes met(licas !ue los separa*

C%"sific"ci& $e ite!c"#bi"$o!es $e c"%o!

Co!"("s ) t*bosst(n compuestos por un con;unto de tubo !ue se encuentran dentro de unacoraa con un di(metro mas %rande el fluido !ue pasa dentro de los tubos sedenomina flu;o interno y otro fluido se denomina flu;o e$terno este tipo deintercambiador es muy utiliado en la industria !umica debido a su diseo*<ay tres tipos b(sicos !ue son:

• =ubos en '* 9os intercambiadores de este tipo son compuestos por tubos

doblados en ' este tipo ofrece unos cambios de direcci#n m(s %radualesdebido a !ue su curatura abierta ofrece mayor resistencia al flu;o*

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• "e cabeal fi;o* ste tipo se utilia cuando se desea minimiar las ;untas*

ste tipo de intercambiador es proclie a fallas cuando su esfuero t-rmicoes seero debido a !ue la coraa se puede e$pandir o m(s !ue los tubos oiceersa por ello es necesario determinar el tipo de uni#n entre ellos*

• "e cabeal flotante* ste tipo es m(s sofisticado >caro? e$isten 2 tipos uno

de cabeal flotante con o sin anillo seleccionado y el otro tipo es con unauni#n empa!uetada !ue permite la e$pansi#n t-rmica*

=ambi-n se clasifican de acuerdo al tipo de tubo utiliado:

• Clase R* ste tipo se utilia para el petr#leo y aplicaciones relacionadas*

• Clase C* 5rop#sitos %enerales*

• Clase @* s muy utiliado en procesos !umicos*

C"be("%+ Espejo o ,%"c"* s la piea met(lica de la !ue se su;etan los tubos estadebe ser de mi material similar al de los tubos para eitar la corrosi#n %al(nica ydebe tenor un espesor considerable para soportar las condiciones de operaci#n

>presi#n temperatura y corrosi#n?*

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Def%ecto!es* +umentando la turbulencia en el l!uido se aumenta el coeficiente detransferencia de calor* 5ara inducir esta turbulencia fuera de los tubos escostumbre emplear deflectores !uo hacen !uo el li!uido fluya a tra-s de la coraaen (n%ulo recto con el ha de tubos* stos causan una considerable turbulenciaaun cuando por la coraa fluya una cantidad pe!uea de l!uido* 9os deflectores

tambi-n son utiliados como soporte del ha de tubos a fin de !ue estos no sepandeen a lo lar%o del intercambiador* <ay arios tipos de deflectores los masusados son los deflectores se%mentados los cuales son ho;as de metalperforadas cuyas alturas son %eneralmente 7A B del di(metro interior de lacoraa* stos se conocen como deflectores de 2A B de corle*

Tipos $e f%*joFlujo paralelosto se da cuando el flu;o interno y el flu;o e$terno fluyen en la misma direcci#n*n este caso ambos fluidos intercambian por el mismo e$tremo y presentan unadiferencia si%nificatia en este tipo ambos fluidos buscan el e!uilibrio t-rmicocabe mencionar !ue el fluido con menor temperatura nunca alcana la

temperatura del fluido mas caliente*

Contraflujosto se presenta cuando los dos fluidos an en la misma direcci#n pero en sentidoopuesto* n este caso cada fluido se apro$imar( a la temperatura de entrada delotro*

Flujo cruzado +!u se presenta de manera !ue un fluido fluye perpendicular al otro este tipo deflu;o se lo utilia comnmente en fluidos !ue sufren un cambio de fase

n la actualidad la mayora de los intercambiadores no son puramente fe flu;oparalelo contraflu;o o flu;o cruado estos comnmente son una combinaci#n delos tres tipos de intercambiador*

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-ACTOR DE INCRUSTACIÓNCon el paso del tiempo se "c*#*%" $ep&sitos sobre las superficies detransferencia de calor de los intercambiadores !ue incrementan la resistenciat-rmica y hacen !ue disminuya la elocidad de transferencia de calor* l efectoneto de %" "c*#*%"ci& $e $ep&sitos se c*"tific" mediante el llamado f"cto! $e ic!*st"ci& R$ !ue est( tabulado para los diferentes fluidos* 9a acumulaci#npuede producirse en la pared interior en la e$terior o en las dos simult(neamentelo cual se refle;ar( en el coeficiente %lobal de transferencia de calor cuya

e$presi#n %eneral !uedar(:

"te!i"%esl material m(s utiliado es el acero de carbono otros materiales utiliados son:

• +cero ino$idable de la serie D00

• Ei!uel

• onel

• +leaciones de cobre como lat#n +dmiralty

• +luminio

• 6nconel

• +cero ino$idable de la serie 400

9os materiales se seleccionan de acuerdo su resistencia a la corrosi#n*

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9os tubos bimet(licos se usan cuando los re!uisitos de temperatura y corrosi#npermiten la utiliaci#n de una aleaci#n simple*=ambi-n e$isten intercambiadores de construcci#n no met(lica como lo son los deidrio en casco de idrio o acero* =ambi-n se encuentran los intercambiadores decalor de %rafito y de tefl#n*

/. E0UI,OS ATERIAES

• Condensador >Calentador?

• 6ntercambiador de calor >nfriador?

• =erm#metro*

• Cron#metro

*

3. ,ROCEDIIENTO

ARRAN0UE

1*G +se%rese !ue los dep#sitos de a%ua de la cisterna de la torre y el tan!ue deAA %alones est-n llenos*

ENFRIADOR

CONDENSA

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2*G Herifi!ue !ue todas las (lulas de entrada y salida de a%ua de losintercambiadores est-n abiertas*

D*G 5renda las dos bombas de circulaci#n de a%ua y de;e recircular los flu;os por los intercambiadores de calor y por la torre durante unos tres minutos* 5rendatambi-n el entilador de la torre*

4*G stableca los flu;os a traba;ar haciendo uso del man#metro diferencial o por pesado de olmenes*

A*G Fi;e una presi#n de apor entre A I 10 psi% y abra lentamente la (lula deentrada de apor al calentador*

J*G stando el sistema en operaci#n tome los si%uientes datos e$perimentalescada A minutos >m($imo durante D0 minutos?: 5resi#n de apor flu;os m(sicosentrada y salida de a%ua en los e!uiposK flu;o m(sico de condensadoKtemperaturas de entrada y salida de las corrientes en los dos intercambiadores decalor*

,ARADA DE OS E0UI,OS1*G Cierre la (lula de entrada de apor al calentador*

2*G "e;e recircular los flu;os con el entilador de la torre prendido durante unos dieminutos como mnimo para enfriar las corrientes*

D*G +pa%ue el entilador de la torre y apa%ue las dos bombas*

4*G +bra las (lulas de drena;e de los dep#sitos*

A*G @a;e los breaLers de las lneas !ue an a los motores*

4. -OTOS'

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5. DATOS

CAENTADOR' 1 6 1

1M tubos de cobre de A/8N di(metro e$teriorK ON di(metro interior* 0*7A m de

lon%itud en arre%lo trian%ular* @ P 7*AN C P0*D1A 5ˊ T P 0*M4A * "i(metro interior

de la carcasa AN

V"po! 7p!esi&8 T1 t2

a%uaṁ t1 T2+ co$es"$oṁ

CAENTADOR' Ao 9 :.54 pies;

Tie#po ,. V"po! "<*"ṁ

T0 t1 t2 T co$. co$.ṁ

7#i8 psi< 7%b=>8 ?- ?- ?- 7%b=>8

4 201020D

8J 122 18D*2 182*04

1@ 201020D

MD*2 122 18J*8 177*J

14 201020D

100*4 12A*J 188*J 188*7

2@ 201020D

10A*8 1D1 188*J 18J*48

24 20 1020D 110 1D2*8 2D2 1MM*8

EN-RIADOR' 1 6 2

D1 tubos de cobre de A/8N di(metro e$teriorK ON di(metro interior* 1*00 m de

lon%itud en arre%lo trian%ular* @ P 7N C P 0*D1A 5ˊ T P 0*M4A * "i(metro interior

de la carcasa JN

A<*" " %" to!!e 7 t2 8 T2

>t18 A<*" $e %" to!!eṁ A<*" c"%ieteṁ =1

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EN-RIADOR' Ao 9 15.: pies;

Tie#po "<*"ṁ

To!!e t1 t2 "<*"ṁ

c"%iete T1 T2

7#i8 7%b=>8 ?- ?- 7%b=>8 ?- ? -

4 1741A*M 78*8 8J1020D

114*8 104

1@ 2D221*2 80*J 87*81020D

122 107*J

14 2M02J*A 80*J 87*81020D

127*4 10M*4

2@ 2M02J*A 82*4 8M*J1020D

1D1 11D

24 2M02J*A 82*4 8M*J

1020D

1D1 11D

:. CACUOS'

CALENTADOR: DATOS EXPERIMENTALES

Hapor DA psia t2 P 1D2*A F

+o P 7*JA piesS

t1 P 110 F =2 P =1 P 2D2 F

1020D 9bs a%ua/h

B"%"ce $e c"%o!' Q P Cp Tt P 1020D >1? >1D2*A I 110?ṁ

Q P 22MAJ7*A @tu/h

U P MDM @tu/9b >=ablas de apor?

Hapor re!uerido: Q P * U

v P 22MAJ7*A / MDM P 244*A bs v"po!=> 7te&!ico?

9"= P >Tt2 I Tt1? / ln >Tt2/Tt1? P Ttm

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9"= P >2D2 I 1D2*8? I >2D2 G110? / ln >2D2 I 1D2*8?/>2D2 I 110?

9"= P 110*2 F

UD P Q / +o* Ttm P 22MAJ7*A / 7*JA $ 110*2

UD 9 2:2 BTU =>pies;?- 7,!ctico8

DETERINACIÓN DE Uc TEÓRICO

C(lculo de los coeficientes de pelculas

"8 "$o $e %os t*bos

Ret P >" Vt / W?

Vt P /at P 1020D / 0*02J P DM242D 9bs/hGpieSṁ

T tm P 121*4 F

Cp X 1*0K

W P 0*J cp P 1*4A 9bm/pieGhK

Y P 0*D8 @tu/hGpieSGf

Ret P >0*A/12 $ 2D07JM/1*4A? P 1127J >Re%imen turbulento?

Ec*"ci& $e Sie$e! T"te

hi "/Y P 0*027 >" Vt / W? 0*8 >Cp W/Y?0*DD >W/W?0*14

hi P 0*027 >1127J?0*8 >1$1*4A/0*D8?0*DD >0*D8/0*041J?

hi P JJM*42 @tu/hGpieSGF

hio P hi $ "6/" P JJM*42 $ 0*A/0*J2A

hio P ADA*A4 @tu/hGpieSGF

b8 "$o $e %" c"!c"s"

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Coeficiete $e co$es"ci&

h o x [ uf 2

Kf 3

f ϱ 2

gc ]1/3

=1.51[ 4G ˊˊ

uf ]−1 /3

G´ ˊ=

W

Nt 2/3 L >9bs condensado /hGpieS?

+sumiendo t P 220 F

=f P >2A4 Z 220? /2 P 2D7 F W P 0*2J 9bs/pieGh

Y P 0*DMJ @tu/hGpieSGF

P A8*AA 9bs/pie[ϱ

G´ ˊ= 199.8

(19)2/32.46 P 11*4 9bs cond*/hGpie lineal

h o=[ (0.26)2

(0.396 )3 (58.54 )2 (32.2 )(3600)2 ]−1/3

x1.51 [ 4 (11.4 )0.26 ]−1 /3

ho P 44J1*D @tu/hGpieSGF

Comprobaci#n de t\:

t\ P tm Z >ho/hioZho? >=sGtm?

t\ P 121*4 Z>44J1*D/>ADA*A4Z44J1*D??>2A4G122?

t\ P 2DM F >]Y?

C"%c*%o $e Uc teo!ico

Uc te#rico P >hio $ ho? / >hio Z ho? P >ADA*A4 $ 44J1*D? / >ADA*4 Z 44J1*D?

Uc 9 3:.15 Bt*=>pie;?-

C"%c*%o $e% f"cto! $e obst!*ccio

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R$ P >'c I 'D? / >'c $ 'D?

R$ 9 73:.156 2:28 = 73:.15 F 2:28 9 @.@@2

C"%c*%o $e %" eficieci" $e% c"%et"$o!

P >tƐ 2 I t1?/>=1 I t1?

P >1D2*8 I 110?/>2D2 I 110?Ɛ

[email protected]:Ɛ

ENFRIADOR: DATOS EXPERIMENTALES DE LA MISMA PRUEBA

t2 9 G.5 ?- T2 9 11/ ?-

t1 9 2.3 ?- 1@2@/ bs "<*"=> T1 9 1/1 ?-

B"%"ce $e c"%o!' Q P Cp Tt P 1020D >1? >1D1 I 11D?ṁ

Q P 18DJA4 @tu/h

A<*" !eH*e!i$" $e to!!e

2 P 18DJA4 / >1?>8M*JG82*4? P 2AA07*A 9bs /h >te#rico?

9"= P >Tt2 I Tt1? / ln >Tt2/Tt1? P Ttm

9"= P >1D1 I 8M*J? I >11D G82*4? / ln >1D1 I 8M*J?/>11D I 82*4?

9"= P DA*72 F

UD P Q / +o* Ttm P 18DJA4 / 1J*7 $ DA*72

UD 9 /@:.: BTU =>pies;?- 7,!ctico8

7/23/2019 informe 2 op1


DETERINACIÓN DE Uc TEÓRICO

C(lculo de los coeficientes de pelculas

"8 "$o $e %os t*bos

Ret P >" Vt / W?

Vt P /at P 1020D / 0*0211D P 4828J7 9bs/hGpieSṁ

T tm P 122 F

Cp X 1*0K

W P 0*J cp P 1*4A 9bm/pieGhK

Y P 0*D8 @tu/hGpieSGf

Ret P >0*A/12 $ 4828J7/1*4A? P 1D87A >Re%imen turbulento?

Ec*"ci& $e Sie$e! T"te 1

hi "/Y P 0*027 >" Vt / W? 0*8 >Cp W/Y?0*DD >W/W?0*14

hi P 0*027 >1D87A?0*8 >1$1*4A/0*D8?0*DD >0*D8/0*041J?

hi P MM0*2A @tu/hGpieSGF

hio P hi $ "6/" P 7M0*2A $ 0*A/0*J2A

hio P 7M2*2 @tu/hGpieSGF

b8 "$o $e %" c"!c"s"

de=4 x ( 12 Pt x0 .86 Pt −

1

2π

do2

4 )1

2 π do

de=

4 x ( 12 (0 .945) x0 .86 (0 .945)−1

2π

(0 .625)24 )

1

2 π (0.625)

=0 .940 pulg

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De=0 .940

12=0 .0783 ft

Res P >" Vs / W?

Vs P /as P 2AA07*A / 0*M72 P 2J242D 9bs/hGpieSṁ

T tm P 8J F

Cp X 1*0K

W P 0*8A cp P 2*0J 9bm/pieGhK

Y P 0*DAJ @tu/hGpieSGf

Res P > 0*078D $ 2J242D/2*0J? P MM7A >Re%imen turbulento?

Ec*"cio $e Doo>*e

ho=0 .22 x (ℜ )0 .6 x ( Pr)0 .33 x K

De

ho P 0*22 $ >MM7A?0*J $ >>1$ 2*0J?/0*DAJ?0*DD $ >0*DAJ/0*078D?

hoP J47*77 @tu/hGpieSGF

C"%c*%o $e Uc teo!ico

Uc te#rico P >hio $ ho? / >hio Z ho? P >7M2*2 $ J47*77? / >7M2*2 Z J47*77?

Uc 9 /45./: Bt*=>pie;?-

C"%c*%o $e% f"cto! $e obst!*ccio

R$ P >'c I 'D? / >'c $ 'D?

R$ 9 7/45./:6 /@:.:8 = 7/45.:: F /@:.:8 9 @.@@@33

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C"%c*%o $e %" eficieci" $e% c"%et"$o!

P >tƐ 2 I t1?/>=1 I t1?

P >8M*J I 82*4?/>1D1 I 82*4?Ɛ

9 @.13Ɛ

. Coc%*sioes'

"s" $e co$es"$o

9a masa del condensado te#rica difiere en un 18*4B del alor pr(ctico obtenido a

la hora de hacer la medici#n del condensado !ue se puede deber !ue puede

haber p-rdidas en el e!uipo o se tom# mal la medici#n* 3in embar%o al no ser tan

%rande el error se tom# el alor pr(ctico a la hora de hacer los c(lculos del

coeficiente de pelcula e$terna*

A%isis $e% c"%et"$o! 7co$es"$o!8

5or medio de las f#rmulas se puede er !ue el 'c es mayor !ue el 'd por lo !ue

el e!uipo se encuentra en condiciones de traba;o con un Rd de 0*002 el cual es un

alor aceptable y con una eficiencia de 0*187*

A%isis $e% ef!i"$o!

n el enfriador se pudo obserar una estabiliaci#n m(s r(pidas de las

temperaturas de ambas corrientes obteniendo al final un Rd de 0*00044 y una

eficiencia de 0*148 por lo !ue se puede obserar !ue la eficiencia es ba;a para

tener un Rd tan ba;o as !ue se puede suponer la presencia de errores

posiblemente en las mediciones de las temperaturas o la falta del alor de entrada

del a%ua de enfriamiento a la torre*

Coeficietes $e pe%íc*%"

3e puede denotar !ue el coeficiente pelcula para los fluidos >en flu;o interno y flu;o

e$terno? aumenta con el aumento del nmero de Reynolds pero tiende a un

alor constante para Emero de Reynolds altos >probablemente h sea constante

para r-%imen turbulentos plenamente desarrollados?*

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*

Co#p"!"ci& $e ite!c"#bi"$o!es

3e puede obserar !ue el calentador tiene una mayor eficiencia !ue el enfriador

posiblemente se deba a la presencia de incrustaciones en los tubos del enfriador*

G. RECOENDACIONES'

• 9o ideal sera usar term#metros di%itales para eitar errores en las lecturas

• "ar m(s tiempo para la estabilidad de las lecturas

• Comprobar preiamente la buena lectura de los term#metros*

• =raba;ar en e!uipo para tomar el re%istro de temperaturas*

1@. RE-ERENCIAS BIBIORA-ICAS

&1)

&2)

http://\\\*epsem*upc*edu/Xintercaniadorsdecalor/castella/tubs^concent

rics*html

http://\\\*buenastareas*com/ensayos/=ubosGConcentricos/2A0MDD*htm

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