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TP INTERCAMBIADOR DE CALOR
(Intercambiador de calor de placas)
OBJETIVOS
• Evaluar la pérdida de calor al medio ambiente delequipo.
• Determinar el coeficiente global detransferencia de calor (U) en un intercambiadorde placas (escala planta piloto)
• Comparar el valor del coeficiente global detransferencia de calor experimental con elestimado a partir de correlaciones de labibliografía
• Analizar la influencia de las variables deoperación sobre el valor del coeficiente U
• Profundizar el conocimiento de losprocesos de transferencia de calor y susaplicaciones industriales
• Familiarizarse con la operación de unintercambiador de placas escala piloto,elementos de medición de las variables yprocedimientos de cálculo asociados.
OBJETIVOS
Conocimientos necesarios:
• Mecanismos de transferencia de calor: conducción y convección.
• Coeficientes peliculares de transferencia de calor.
• Estimación de coeficientes de transferencia de calor mediante correlaciones.
• Números adimensionales relacionados con la transferencia de calor
• Ecuación de diseño de un intercambiador de calor (área de transferencia, diferencia media logarítmica de T, factor de ensuciamiento)
Equipo utilizado
PI
ST
FI TI TI
FCV
FCV
FI TI TI
Intercambiadorde calor deplacasAgua
caliente(80 ºC)
Camisa devapor
Agua fría
Medidas efectuar:
- Caudal de la corriente fría
- Temperatura de entrada de la corriente fría
- Temperatura de salida de la corriente fría
- Caudal de la corriente caliente
- Temperatura de entrada de la corriente caliente
- Temperatura de salida de la corriente caliente
• Cálculo del calor intercambiado por cada
corriente:
Q = w Cp (Te – Ts)
donde:
Q calor intercambiado por la corriente [kcal/hora]
w caudal másico [kg/hora]
Cp calor específico [kcal/kg °C]
Te temperatura de entrada del fluido [°C]
Ts temperatura de salida de fluido [°C]
Qc – Qf = pérdidas de calor al medio ambiente
• Ecuación de Diseño
Q = U A ∆∆∆∆Tml Ft
Q calor absorbido por el fluido frío [kcal/hora]
U coeficiente global de transferencia de calor
[kcal/hora m2°C]
A área de transferencia de calor [m2]
∆∆∆∆Tml diferencia media logarítmica de temperaturas [°C]
Ft: factor de corrección
Ac = 2 ππππ R h
R2 = r2 + (R-h)2 → 2 R h = r2 + h2
Ac = ππππ (r2 + h2) Ah = ππππ r2
Ap = (largo x ancho) – 178 Ah + 178 Ac
A = n x Ap
n (nº de placas) = 4
• Cálculo A de transferencia
7cm
54 cm
7cm
17 cm
R
r = 1cmh = 0.3cm
R
h r
R - h
ESQUEMA PLACA CORRUGADA
ESQUEMA CASQUETE
Corrugaciones: forma característica de cada modelo de placa. Finalidad: promover
la suficiente turbulencia en el flujo a través de la placa como para aumentar los
coeficientes de transferencia de calor.
Ft: corrección del ∆Tml
• Cálculo del ∆Tml:
Considerar flujo en contracorriente
y multiplicar por factor de corrección
)t-(T
)t-(Tln
) t- (T-)t-(T T
22
11
2211ml =∆
• Determinación del coeficiente global de
transferencia de calor U experimental en
base a las mediciones efectuadas:
Q = U A ∆∆∆∆Tml Ft
U = Q / A ∆∆∆∆Tml Ft
• Hoja de datos experimentales
Exp
nro
Hora Caudal de
agua fría
“Fc” [l/h]
Temperatura
de entrada de
agua fría “te”
[°C]
Temperatura
de salida de
agua fría “ts”
[°C]
Caudal de
agua
caliente
“Fh” [l/h]
Temperatura
de entrada de
agua caliente
“Te” [°C]
Temperatura
de salida de
agua caliente
“Ts” [°C]
PI
ST
FI TI TI
FCV
FCV
FI TI TI
Exp
nroρρρρc densidad
del agua fría[kg/m
3]
Cpc calor específico
del agua fría
[kcal/kg °C]
Qc=ρρρρc Fc Cpc (ts –te)
[kcal/h]
∆∆∆∆Tml
[°C]
U= Qc/A ∆∆∆∆Tml
[kcal/m2 °C]
Pérdidas
Qh – Qc
[kcal/h]
Las propiedades físicas del fluido deben ser evaluadas a la temperatura promedio de la
corriente (te+ts)/2
• Hoja de datos experimentales
* Estimación de los coeficientes locales de transferencia de calor a partir de correlaciones:
Nu = 0,1 Re0,668 Pr0,33
Nu (número de Nusselt):
Re (número de Reynolds):
Pr (número de Prandtl):
k
2bh Nu =
µbG 2Re m
=
k
CpPr
µ=
h: coef. local de transf. de calor
[kcal/hora m2°C]
2b: diámetro hidráulico (dh);
b: separación entre placas
(b = 0,25 cm)
k: conductividad térmica del
fluido [kcal / h m °C]
Gm: flujo másico de la corriente;
Gm = caudal másico/sección de flujo = caudal másico / ancho x b [kg / h m2 ]
µ: viscosidad del fluido [kg/m h]
Cp: calor específico del fluido
[kcal / kg °C]
Estimación teórica de U:
Estimación teórica del
coeficiente global (U):
Se obtiene hc y hh del a partir del
hchh
11
U
1+= Uteórico
k
2bh Nu =
Análisis de resultados y alcance de los objetivos
• Evaluación de U experimental para distintas condiciones de operación del intercambiador de calor de placas escala piloto.
• Análisis de la influencia de las variables de operación sobre el valor de U.
• Determinación del h controlante para el caso de bajo caudal de una de las corrientes.
• Estimación del U en base a correlaciones análisis del rango de validez y ajuste de las mismas según las condiciones experimentales adoptadas.