Intercambiador de Calor de Tubo y Coraza

Barranquilla ,Marzo ,Marzo 27 del 2014

INTERCAMBIADOR DE CALOR DE TUBO Y CORAZA Cerra Hugo, Clavijo Yesid, Yesid, García Angélica, Gelvez Carol, Mancera Yeison, Rodríguez Letty Universidad del Atlántico acultad de !ngeniería, "rogra#a de !ngeniería $uí#ica

RESUMEN %urante esta e&'eriencia se #idieron 'ará#etros i#'ortantes 'ara la trans(erencia de calor co#o lo es la te#'eratura, la 'resi)n y la cantidad de va'or condensada* entre + (luidos en un dis'o dis'osi sititivo vo de inte interc rca# a#i iado adorr de calo calorr de tuo tuo y cora coraza za** 'ara 'ara lueg luego o ote otene nerr los los dato datoss necesa necesario rioss 'ara 'ara realiz realizar ar el alanc alance e de calor en el siste#a siste#a y -allar -allar los otros otros 'ará#etr 'ará#etros os i#'ortantes co#o n.#eros adi#ensionales y la e(iciencia de la trans(erencia/ 0stos datos están resu#idos en talas y grá(icos organizados/

invo involu lucr crad ados os en dete deter# r#in inad ado o 'roc 'roces eso, o, oserv oservando ando 'ará#e 'ará#etro tross y así deter# deter#ina inar r otros, co#o en el caso de un interca#iador de calor de tuo y coraza* el ta# ta#a2o a2o del del e1ui e1ui'o 'o,, lo 1ue 1ue conll onllev eva a a #enc #encio iona narr las las di#e di#ens nsio ione ness 3diá 3diá#e #etr tro, o, longitud4 de la coraza y los tuos, el n.#ero de tuos, el n.#ero de a(les y su es'aci es'aciado ado,, veloci velocidad dad #ásica #ásica,, nu#ero nu#ero de Reynolds, "randtl entre otros/

INTRODUCCIÓN Los interca#iadores de calor de tuo y coraza coraza se utiliz utilizan an en divers diversas as indust industria rias, s, 'artic 'articula ular#e r#ente nte se -ace -ace #enci) #enci)n n de las re(inerías e industrias 1uí#icas donde son a#'lia#ente utilizados deido a la (acilidad de li#' li#'ie ieza za,, #ant #anten eni# i#ien iento to,, se 'ued 'uede e construir en di(erentes ta#a2os, versátil y tiene #uc-as áreas de i#'le#entaci)n y en relaci)n a su 'eso y ta#a2o 'ro'orciona una una uena uena cant cantid idad ad de tran trans( s(er eren enci cia a de calor/ "or lo tanto es i#'ortante deter#inar las condiciones )'ti#as a las 1ue se 'uede utiliz utilizar ar este este dis'os dis'ositi itivo vo 'ara 'ara así #ejora #ejorar r as'ectos co#o co#o gastos, calidad calidad del 'roceso y calidad calidad del 'roduc 'roducto to involu involucra crado do en el 'roceso/ Ya 1ue 1ue ási ásicca#en a#entte un inge ingeni nier ero o se encarga de realizar estas tareas, dee estar al tanto de co#o es el dese#'e2o de los dis'ositivos 1ue están

"ara un ingeniero saer este conjunto de variales variales le 'er#ite 'er#ite oserva oserva el dese#'e2o dese#'e2o del e1ui'o y decir el estado del e1ui'o, es decir, si está (uncionando de (or#a correcta o dentro de lo es'erado o si el dis'ositivo (alla (alla encont encontrar rar rá'ida rá'ida#en #ente te la causa causa del 'role#a

MARCO TEÓRICO Con el (in de au#entar el área de convecci)n se dise2an interca#iadores de calor de tuo y coraza los cuales lleva en 1

Intercambiador de calor de tubo y coraza

un su interior #.lti'les tuos 'or donde 'asa (luido, arreglados de tal (or#a 1ue en ciertas áreas el (lujo este en 'aralelo y en otras en contracorriente

•

%e caezal (lotante

0l dis'ositivo de tuo y coraza está con(or#ado 'or/ Coraza 37-ell4 Cuierta de Coraza 37-ell Cover4 9uos 39ues4 Caezal 3C-annel4 Cuierta de Caezal 3C-annel Cover4 0s'ejo de 9uos 39ues-eet4 8a(les:%e(lectores 38a((les4 8o1uillas de 0ntrada de luido 35ozzles4 • • • • •

• • •

Figura 1. Modelo de un intercambiador de calor de tubo y coraza

Con el interca#iador de calor de tuo y coraza ta#ién es 'osile au#entar la velocidad 'ro#edio del (luido en el tuo, este au#ento 'er#ite un 1ue ta#ién se incre#ente el n.#ero de Reynolds, esto 'er#ite 1ue incre#ente el n.#ero de 5usselt, el cual indica la e(ectividad de la convecci)n

(

hL Nu= k f

)

Figura 2. Intercambiador de calor con cabezal fijo

donde - es el

coe(iciente de convecci)n, L es el volu#en del cuer'o divido 'or su área su'er(icial y 6 ( es el coe(iciente de conducci)n/ 7e 'ueden clasi(icar los interca#iadores de calor de tuo y coraza seg.n su a'licaci)n co#o Clase R 'ara 'etr)leo y a'licaciones relacionadas Clase C 'ara a'licaciones de 'ro')sitos generales Clase 8 servicios 1uí#icos •

•

Figura 3. Intercambiador de calor con tubos en U

•

7eg.n su construcci)n #ecánica %e caezal (ijo 9uos en (or#a de U • •

2


de uso se dis'one del arreglo o distriuci)n de los tuos dentro de la coraza; arreglo triangular de =B, arreglo triangular de >=B, arreglo cuadrado de =B y arreglo cuadrado de DEB/ 0l n.#ero de tuos colocados en la coraza de'ende de los arreglos antes #encionados, ade#ás del diá#etro e&terno de los tuos y del n.#ero de 'asos y diá#etro de la carcasa/ Figura 4. Intercambiador de calor con cabezal flotante

"ara el es'aciado entre los tuos se tiene en cuenta 1ue no 'ueden ser #uy cercanos ya 1ue se 'uede deilitar la estructura del caezal/ 0sta 'arte es i#'ortante en cuanto al dise2o de este ti'o de interca#iador ya 1ue -ay 1ue tener en cuenta 1ue la estructura dee so'ortar altas 'resiones/

0ntre las características notorias de los interca#iadores de caezal (ijo se 'ueden #encionar; es el interca#iador 1ue 'uede llevar la #ayor cantidad de tuos, general#ente no 'resenta (ugas deido a uniones internas ya 1ue no las tiene, se 'uede usar 'ara altas 'resiones y (luidos t)&icos/

Los de(lectores sostienen el -az de tuos, evitan las viraciones 'rovocadas 'or el 'aso del (luido y canalizan el (lujo 'ara 'rovocar #ayor turulencia, la cual au#enta la trans(erencia de calor, el es'aciado entre cada de(lector dee ser el +=F o @E del diá#etro interno de la carcasa, este es'aciado no dee e&ceder el diá#etro interno de la carcasa seg.n datos de dise2o esto 'rovocaría una 'ore trans(erencia, es decir 'oca e(iciencia del dis'ositivo/

"ara el ti'o de tuo en U esta la 'articularidad de 1ue se eli#ina el 'role#a de e&'ansi)n di(erencial de los tuos ya 1ue 'ueden #overse lire#ente dentro de la coraza y la (or#a de los tuos es co#o de U, ta#ién los tuos 'ueden ser re#ovidos 'ara -acer li#'ieza interna del e1ui'o, se 'resenta una li#itaci)n en la cantidad de tuos 1ue 'ueden ser colocados al interior de la carcasa deido a la (or#a de los tuos/

METODOLOGIA 0n 'ri#era instancia se 'rocedi) a arir 'or la válvula 'or donde (luía el agua 'ara otener la lectura del rotá#etro 1ue (ue @,E g'# y se (ij) una 'resi)n de entrada del va'or de @= 'si, 'osterior#ente se es'er) un tie#'o 'rudente 'ara 1ue el siste#a entrara en un e1uilirio tér#ico, 'ara 1ue se diera la trans(erencia de calor y estalecido el e1uilirio tér#ico se 'rocedi) a la #edici)n de los datos, registrando la te#'eratura y 'resi)n de entrada y salida

Los interca#iadores de caezal (lotante co#o su no#re lo indica tienen un caezal (lotante lo 1ue 'er#ite el lire #ovi#iento di(erencia de los tuos/ Con res'ecto a los tuos general#ente se les conoce co#o tuos 'ara condensadores los cuales están -ec-os de acero, core, <=:>= core:ní1uel, alu#inio:ronce/ Los diá#etros #ás co#unes son de ? y de @ 'ulgada, de'endiendo de las características 3


de las líneas de agua y va'or, junto con el caudal de agua y de va'or/ 0ste .lti#o se #idi) dos veces 'ara estalecer un 'ro#edio entre el caudal del condensado/ 9er#inada la 'ri#era corrida se 'rocedi) a continuar con la siguiente variando el caudal de agua con ayuda de la válvula y oservando el rotá#etro 'ara caudales de +, +/D, +/E, +/, >/+E, >/E g'#/ %urante cada corrida se estuvo 'endiente de la 'resi)n de entrada del va'or y el (lujo de agua 'ara 1ue se #antuvieran estales/ 7eguida#ente se ca#i) la 'resi)n de entrada del va'or a @E 'si y se realiz) el #is#o 'rocedi#iento, sie#'re teniendo 'resente el e1uilirio tér#ico/

Corrida % '  ) + , .

Vagua (gal/mi! @ @,E + +,E > >,E D D,E

V"a#or (L/$! =,=@ =,=+@ =,=+@ =,=@EE =,=>+> =,=>+ =,=>> =,=>>>

T% (&C! +< +< +< +< +< +< +< +<

ANALISIS Y RESULTADOS "ara la 'ri#era 'arte del e&'eri#ento se #antuvo una 'resi)n de entrada del va'or de @= 'si y un caudal de agua de @ gal#/ 7eguida#ente variando el caudal de entrada del agua se realizaron un total de oc-o corridas donde se #idi) la 'resi)n y te#'eratura del agua, y la te#'eratura de entrada y salida del va'or/ 7e #idi) un volu#en de va'or condensado durante cierto tie#'o 'ara deter#inar el caudal del condensado/ 0l registro de dic-os datos se 'resenta en

T' (&C! = <= + ED E+ D D< DE

T (&C! @= @=> @= @=E @=E @=D @=D @=

T) (&C! < <+ D EE E> D D D<

*% (#$i! +,E +,E > D, E,E <,E ,E @=,E

*' (#$i! @, @,EE +,E > >,EE E,+ E,E <,+

* (#$i! @= @= @= @= @= @= @= @=

*) (#$i! =,@ =,@ =,@ =,@ =,@ =,@ =,@ =,@

Tabla I1J. Resumen de datos obtenidos durante la experiencia para una presión de entrada del vapor de 10 psi.

%onde 9@, " @ y 9+, " + es la te#'eratura y 'resi)n del agua en la entrada y salida de la coraza, asi#is#o 9>, "> y 9D, "D es la te#'eratura y 'resi)n del va'or en la entrada y salida de la coraza/ "or ulti#o Kagua y Kva'or es el (lujo volu#étrico del agua y el va'or res'ectiva#ente/

"ara la segunda 'arte de la e&'eriencia se realiz) el #is#o 'rocedi#iento anterior, en este caso la 'resi)n de va'or a la entrada (ue de @E 'si/

4


Corrida % '  ) + , .

Vagua (gal/mi! @ @,E + +,E > >,E D D,E

V"a#or (L/$! =,== =,=@+= =,=@D =,=@ =,=@ =,=@ =,=+

T% (&C! + + + + + + + +

T' (&C! < >
T (&C! @= @= @= @= @=< @=< @=+ @=D

T) (&C! @=E @=E < <= + E E EE

*% (#$i! +,E +, D E  <,E  @=

*' (#$i! +,> +,+ +,E >,+ D D,E E <,+

* (#$i! @E @E @E @E @E @E @E @E

*) (#$i! =/@ =/@ =/@ =/@ =/@ =/@ =/@ =/@

Tabla [2]. Resumen de datos obtenidos durante la experiencia para una presión de entrada del vapor de 15 psi.

"ara llevar a cao los cálculos es necesario conocer datos i#'ortantes de los res'ectivos (luidos tanto 'ara el (luido caliente 3va'or4 co#o 'ara el (luido (rio 3agua4; 9 @, 9+, , C ", 7, , N, Rd, O"/ Algunas de estos datos (ueron #edidos, #ientras 1ue otras se otuvieron 'or #edio de talas y cálculos/ !nicial#ente se conocen ciertos datos del interca#iador; CORAZA %!PM09RQ !590R5Q %0 LA CQRAA 07"AC!A%Q %0 LQ7 %0L0C9QR07 Q 8AL07 "A7Q7 %0 LA CQRAA TUBOS 5SM0RQ %0 9U8Q7 LQ5G!9U% %0 9U8Q7 %!PM09RQ %0 LQ7 9U8Q7 %!PM09RQ !590R5Q %0 LQ7 9U8Q7 ARR0GLQ "A7Q7 "QR LQ7 9U8Q7 "A7Q 9RA57K0R7AL CLARQ

/=E 'ulgadas D/E 'ulgadas @ @ +/D+ 'ies =/>@ 'ulgadas <@ 'ulgadas

Tabla 3. atos de los tubos y la coraza.

Cal2ulo D3l Calor A4$or4ido Y El Calor D3 E5r3gado1 "or #edio del alance de energía se deduce 1ue;

´ =mfluido C p ∆ T Q %)nde; # T (lujo de la corriente del (luido C p

T calor es'eci(ico de cada una de las corrientes/

O9 T ca#ios de te#'eratura de cada corriente/

5


"ara deter#inar el (lujo #ásico del agua, se calcula 'ri#ero un 'ro#edio entre la te#'eratura de salida y entrada de agua, siendo 'ara la 'ri#era corrida; T promedio =

( 80 + 27 )° C =53,5 ° C 2

0sta te#'eratura 'ro#edio se utiliza 'ara selecci)n en la literatura I@J, los valores de densidad del agua y C'/ 0l valor de la densidad es utilizado 'ara deter#inar (lujo #ásico de agua, estos se relacionan en la tala IDJ/ "ara la 'ri#era corrida se tiene; gal 1 min 3,7854 L 0.001 m 1 × × × 1 gal 1 L min 60 s

3

=6,309 × 1 0−5 m3 / s

A-ora, 'ara 9'ro#edio T E>,>BC no se encuentra el valor de la densidad y C', 'ara lo cual es necesario realizar una inter'olaci)n;

T3m#3ra5ura (&C! E= EE

D3$idad (6g/m! /@ E,+

T3m#3ra5ura (&C! E= EE

C#1 (7/6g8&C! D@@ D@>

A 9'ro#edio T E>,>BC la densidad es ,=< 6g# > y el C' es D@+/>+ 6gVBC −5

6,309 × 10

0ntonces, V ´=

m

3

s m3

∗986,07 Kg =0,06221 Kg / s

Re#'lazando valores;

´ = ´V C p ∆T Q

´ =0,06221 Q

kg J J KJ × 4182,32 × ( 80 −27 ) °C =13789,65 =13,78965 s kg°C s s

6


7iendo esta cantidad de calor asorido durante la 'ri#era corrida/ Los resultados 'ara el resto de las corridas son #ostradas en la tala IDJ;

Corrida % '  ) + , .

T% (&C! +< +< +< +< +< +< +< +<

T' (&C!

T*rom3dio (&C!

= <= + ED E+

E>,E D,E DD,E D=,E >,E ><,E >< >

D D< DE

Caudal (m /$! ,>= 0:=E ,D 0:=E @,+ 0:=D @,E< 0:=D @, 0:=D +,+= 0:=D +,E+ 0:=D +,> 0:=D

C# D3l Agua (7/9g&C!

D3$idad D3l Agua (9g/m!

:lu;o D3 Calor (9
D@+,> D@=,< D@<, D@<,@ D@<, D@<,E D@<,D D@<,+

,=< ,< =,> @, +,@ >,=E >,+D >,+

@>,< @,@ @,+E @<,E< @,= @,+D +=,D +@,+@

Tabla )01 !alores obtenidos para el flujo de calor absorbido por el a"ua.

"ara el cálculo de la coraza es necesario tener en cuenta adicional#ente los valores del calor latente y el calor sensile/ %e esta #anera el alance de calor 1ueda e&'resado co#o;

´ = ´m C p ( T 1−T 2) + ´mh vapor Q Los valores de (lujo #ásico se otienen de la #is#a #anera co#o se otuvieron 'ara el alance en los tuos/ La densidad, ental'ia de va'orizaci)n y los calores es'ecí(icos se e&traen de la literatura I@J a la te#'eratura de salida del va'or/ 9odos estos datos se encuentran consignados en la tala IEJ/

Re#'lazando en la ecuaci)n 'ara la 'ri#era corrida;

´ =6,5492 × 10 Q

´ =14,88 Q

−6 kg

s

[

× 2039,5

][

J J × ( 108 −97 ) ° C + 2250250 kg°C kg

KJ s

7

]


Corrida

T (&C!

T) (&C!

T*rom3dio (&C!

Caudal Cod3$ado (m /S!

C# D3l Va#or (7/6g&C!

E5al#ia D3 Va#ori=a2i> (67/6g!

D3$idad D3l Va#or (6g/m!

% '  ) + , .

@= @=> @= @=E @=E @=D @=D @=

< <+ D EE E> D D D

@=+,E <,E  = < <,E < <

@0:=E +,@0:=E +,@ 0:=E @,EE0:=E >,+>0:=E >,+0:=E >,>0:=E >,>>0:=E

+=>,E @E @=,+ @+ @E,+ @E<, @E=, @E=,

++E=,+E ++,E ++>,D +>= +>@@,D +>@+, +>@, +>@,

=,ED+ =,>EE =,>E =,+>++ =,+<= =,+E+> =,+E+>

Tabla [5]. !alores obtenidos para el flujo de calor entre"ado por el vapor.

A continuaci)n se deter#inaran los coe(icientes individuales de calor de la siguiente #anera, en 'ri#era instancia se deter#ina 'ara los tuos; 7e -alla 'or #edio de la Ley del en(ria#iento de 5eWton

´ t =hi A ( T 3 −T 4) Q

hi=

´ t Q A ( T 3−T 4 )

0l área del tuo se calcula con la siguiente ecuaci)n; A = πL

0l diá#etro del tuo es de =,>
¿ ¿

=0,375 ∈ × ¿

"or lo tanto el área es; A = π ( 9,525 × 10 m ) ( 0,7504 m )=0,0225 m −3

Corrida % '

T (&C! @= @=>

T) (&C! < <+

2

?r3a (m'! =,=++E =,=++E 8

:lu;o d3 2alor (9
:lu;o D3 Calor (6< @=,E ++,=< +@,D +=,++ +=,D


@= @=E @=E @=D @=D @=

 ) + , .

D EE E> D D D

=,=++E =,=++E =,=++E =,=++E =,=++E =,=++E

@,>< @=,E ++,=< +@,D +=,++ +=,D

@,EE ,<> @, @<,<+ @D,@E @>,><

Tabla [6]. #oeficientes de convección individuales para cada corrida en el tubo.

La $abla IJ nos #uestra los coe(icientes de convecci)n asociados a cada corrida, y el 'rocedi#iento e&'resado a continuaci)n #uestra el cálculo del coe(iciente de convecci)n/ 0l suíndice @ indica 1ue los datos son corres'ondientes con la corrida @; ht 1 =

´ Tu!o Q

−14,88 k " A ( T 3 −T 4 ) ( 0,0225 m2) × ( 108−97 ) ° C

ht 1 =60,12

=

k" 2

m ° C

"ara las otras corridas el cálculo es si#ilar, solo se ca#ian los datos corres'ondientes/ 7eguida#ente y de igual #anera se deter#ina el coe(iciente individual de trans(erencia 'ara la coraza, 'or la Ley del en(ria#iento de 5eWton se tiene 1ue

´ # =h o A ( T 2−T 1) Q

ho =

´# Q A ( T 2− T 1 )

7eg.n in(or#aci)n de la guía de la e&'eriencia, el diá#etro interno de la coraza es de ,=E in; 1 ∈¿ 0,0254 m

¿ ¿ 6,065 ∈ × ¿ "or lo tanto el área de la cá#ara de 'ruea es;

9

Intercambiador de calor de tubo y coraza 0,7504 m ¿=0,36312 m

¿ A = πL= π ( 0,1540 m)¿

Corrida

TA% (&C! + + + + + + + +

% '  ) + , .

TA' (&C! E E= DE D DD D D+ DD

?r3a (m'!

:lu;o d3 2alor (9
=,>>+ =,>>+ =,>>+ =,>>+ =,>>+ =,>>+ =,>>+ =,>>+

@@,< @@,E@ @=, @>,= @@,E+ @D,@D @@,+ @D,<

@o (9 +,>D +,E+

Tabla -0. #oeficientes de convección individuales para cada corrida en la coraza.

La $abla I
Q#ora$a A ( T v −T s )

h# 1=1,07

=

11,76 k"

( 0,3632 m ) × ( 58 −28 ) ° C 2

k" 2

m ° C

"ara las otras corridas el cálculo es si#ilar, solo se ca#ian los datos asociados a ellas/ Continuando con el análisis, con ayuda del alance de energía y diciendo 1ue el es'esor del tuo 'or donde 'asa el va'or es 'e1ue2o y la conductividad del #aterial es alta, la resistencia del alance es; %Total =

1

+

1

hi A i ho A o

Con ayuda de la tala IJ y I
10


Corrida % '  ) + , .

@i (9 @, @<,<+ @D,@E @>,><

?r3a (m'!

@o (9 +,>D +,E+

=,=++E =,=++E =,=++E =,=++E =,=++E =,=++E =,=++E =,=++E

?r3a (m'!

R3$i$532ia To5al >,>@+D >,E++ >, ,=<> >,@
=,>>+ =,>>+ =,>>+ =,>>+ =,>>+ =,>>+ =,>>+ =,>>+

Tabla .0. Resistencia total en función de los coeficientes individuales de calor.

@i V$ RTo5al 7 6 5 4

R3$i53 2ia To5al RTo5al

3 2 1 0 0

10

20

30

40

50

60

70

Co3i2i353 D3 Tra$3r3 2ia D3 Calor @i (9
11


@o V$ RTo5al 7 6 5 4

R3$i53 2ia To5al RTo5al

3 2 1 0 0.8

1

1.2 1.4 1.6 1.8

2

2. 2 2.4 2.6 2.8

Co3i2i353 D3 Tra$3r3 2ia D3 Calor @o (9
Una vez conocido los coe(icientes individuales de trans(erencia de calor, se 'uede deter#inar el coe(iciente gloal de trans(erencia de calor, 'or #edio de si#'li(icaciones en el alance de energía, así; 1

1

= +

&

1

h o hi

Corrida % '  ) + , .

@i (9 @, @<,<+ @D,@E @>,><

@o (9 +,>D +,E+

U (9E @,E

Tabla [9]. #oeficientes "lobales de transferencia de calor para cada corrida.

0n la tala IJ, se detalla el coe(iciente de trans(erencia gloal, es decir, el 1ue está involucrado a lo largo de todo el 'roceso de trans(erencia, cae resaltar 1ue éste es #uy i#'ortante ya 1ue en #uc-as ocasiones ayuda a deter#inar el (lujo de calor en cual1uier 'unto del 'roceso/

12


Cuando se -ala de interca#iador de calor, enseguida se traslada a la idea de un di(erencial de te#'eratura 'ara 1ue e&ista la trans(erencia de calor, 'ero este di(erencial está re'resentado es te caso 'or la #edia logarít#ica de la te#'eratura 3ML%94 'or #edio de la siguiente ()r#ula; 'LT =

∆ T ma( −∆ T min ln (

∆ T ma( ) ∆ T min

%)nde; ∆ T ma(

0s la di(erencia de te#'eratura de la entrada del va'or y la salida del agua

∆ T min

0s la di(erencia de te#'eratura de la salida del va'or y la entrada del agua/

Una vez calculada la di(erencia #edia logarít#ica de la te#'eratura se 'rocede a calcular la di(erencia de te#'eratura; ∆ T = 'LT × ) T

%onde ) T es un (actor de correcci)n/ 0n este caso se utiliz) va'or saturado co#o (luido caliente 'or lo 1ue su valor es de @ al tratarse de un 'roceso de condensaci)n isotér#ica y considerarse 1ue la trans(erencia de calor en la coraza se dio #ayoritaria#ente 'or este #ecanis#o/ Las di(erencias de te#'eraturas otenidas se #uestran en la tala y el 'rocedi#iento a calcular es el siguiente; 'LT =

( 108− 97 ) °C −( 80 −27 ) °C =26,710 °C = ∆ T 108 −97 ln 80 −27

(

)

Corrida % '  ) + , .

Di3r32ia d3 53m#3ra5ura (&C! +,<@= >,<> >,>+ ><,>+ >, >E,>@> >D,D >D,E>

Tabla 10. iferencia de temperatura para la primera parte del experimento.

13


Con esta di(erencia de te#'eratura es 'osile -allar el calor en cual1uier 'unto del siste#a, clara#ente teniendo 'resente el coe(iciente de trans(erencia de calor/ La e&'eriencia se realiz) 'ara dos 'resiones de entrada del va'or distintas, el análisis anterior (ue 'ara @= 'si en la entrada del va'or, a continuaci)n se #ostraran si#'le#ente las tala res'ectivas 'ara @E 'si, el análisis es el #is#o, 'or lo tanto cae en redundancia -acerlo nueva#ente/

Corrida

TA% (&C! + + + + + + + +

% '  ) + , .

TA' (&C! < >
T*rom3dio (&C! E<,E EE,E E@ D< DD,E D> D+ D=

Caudal (m /$! ,>= 0:=E ,D 0:=E @,+ 0:=D @,E< 0:=D @, 0:=D +,+= 0:=D +,E+ 0:=D +,> 0:=D

C# D3l Agua (7/9g&C! D@D D@>,+ D@@,D D@=,D D@<, D@<, D@<,D D@<

D3$idad D3l Agua (9g/m! D,+E E,=@ <,E+ ,>= =,> =, @,> +,@

:lu;o D3 Calor (9= +@,D> +>,> +>,>< +D,+E +E,E@ +<,@D +E,@

Tabla [11]. !alores obtenidos para el flujo de calor absorbido por el a"ua

Corrida

T (&C!

T) (&C!

T*rom3dio (&C!

Caudal Cod3$ado (m /S!

C# D3l Va#or (7/6g&C!

E5al#ia D3 Va#ori=a2i> (67/6g!

D3$idad D3l Va#or (6g/m!

:lu;o D3 Calor (6
% '  ) + , .

@= @= @= @= @=< @=< @=+ @=D

@=E @=E < <= + E E EE

@=< @=< >  D,E +,E < </E

@,>0:= @,@>0:=E @,+ 0:=E @,D0:=E @,0:=E @,0:=E @,0:=E +0:=E

+=E,D +=E,D +==>,D @>, @
++>,@ ++>,@ ++ +>=+,E +>@@,D +>@=,+

=,D+>EE =,+>++ =,+>

+,+= @,@ @>,++ @D,@@ @>,+< @>,< @+,E @>,<

Tabla 12. !alores obtenidos para el flujo de calor entre"ado p or el vapor.

Corrida % '  )

T (&C! @= @= @= @=

T) (&C! @=E @=E < <=

?r3a (m'! =,=++E =,=++E =,=++E =,=++E 14

:lu;o d3 2alor (9,++ @D,@@

@i (9,++ @,E @,E=


@=< @=< @=+ @=D

+ , .

+ E E EE

=,=++E =,=++E =,=++E =,=++E

@>,+< @>,< @+,E @>,<

@>,@= @+,< @+,++ @+,E

Tabla [13]. #oeficientes de convección individuales para cada corrida en el tubo.

Corrida % '  ) + , .

T% (&C! + + + + + + + +

T' (&C! + = ED E@ D D D D

?r3a (m'! =,>>+ =,>>+ =,>>+ =,>>+ =,>>+ =,>>+ =,>>+ =,>>+

:lu;o D3 Calor (9,>+ @,<+ @E,D @E,=D @E,<= @,
@o (9 @,<< @,= +,@ +,>= +,E+ +,E

Tabla [14]. #oeficientes de convección individuales para cada corrida en la coraza.

Corrida % '  ) + , .

@i (9,++ @,E @,E= @>,@= @+,< @+,++ @+,E

?r3a (m'! =,=++E =,=++E =,=++E =,=++E =,=++E =,=++E =,=++E =,=++E

@o (9 @,<< @,= +,@ +,>= +,E+ +,E

?r3a (m'! =,>>+ =,>>+ =,>>+ =,>>+ =,>>+ =,>>+ =,>>+ =,>>+

R3$i$532ia To5al D,> +,@> >,+ D,++ D, D,<= D,<+ D,E

Tabla [15]. Resistencia total en función de los coeficientes individuales de calor.

15


@i "$ RTo5al 5 4 3

R3$i532ia 5o5al RTo5a

2 1 0 0

50

100

150

200

250

Co3i2i353 d3 5ra$3r3 2ia d3 2alor @i (9
Figura [7]. Resistencia total en función del coeficiente de transferencia de calor %i

@o "$ RTo5al 5 4 3

R3$i53 2ia 5o5al RTo5a

2 1 0 0.8

1

1.2 1.4 1.6 1.8

2

2.2 2.4 2.6 2.8

Co3i2i353 d3 5ra$3r3 2ia d3 2alor @i (9
Corrida

@i (9
@o (9
U (9
% '  ) +

+D,DD +@>,++ @,E @,E= @>,@=

@,=< @,D> @,<< @,= +,@

@,=+ @,D+ @,+ @,+ @,E

16


, .

@+,< @+,++ @+,E

+,>= +,E+ +,E

@,D +,= +,@D

Tabla [16]. #oeficientes "lobales de transferencia de calor para cada corrida.

Corrida % '  ) + , .

Di3r32ia d3 53m#3ra5ura (&C! +=,D> @,DE ><,D> ><,D ><,E ><,E+ >E,=E >>,<@

Tabla [17]. iferencia de temperatura para la primera parte del experimento.

5ueva#ente con esta di(erencia de te#'eratura es 'osile -allar el calor en cual1uier 'unto del siste#a, clara#ente teniendo 'resente el coe(iciente de trans(erencia de calor/

CONCLUSIONES o

o

o

o

La

di(erencia

de

te#'eratura

logarít#ica 'LT es la (or#a #ás

Los interca#iadores de calor son a'aratos 1ue 'er#iten el interca#io de calor entre dos (luidos, sin 'er#itir 1ue se #ezclen entre sí/

a'ro'iada de la di(erencia de te#'eratura 'ro#edio 1ue se dee usar 'ara el análisis en los di(erentes interca#iadores de calor/

Más allá de los valores nu#éricos, la 'ráctica nos rind) un 'anora#a #uy a#'lio res'ecto a los interca#iadores de calor, su (unciona#iento y las di(erencias 1ue e&isten entre los di(erentes ti'os/

RECOMENDACIÓNES o

Los resultados otenidos son satis(actorios, 'ues si ien 'resentan errores evidentes, la tendencia se conserva y resulta co-erente/ Así #is#o se satis(icieron los ojetivos de la 'ráctica, 'ues #ás allá de calcular coe(icientes de trans(erencia de calor, se 'udo entender el (unciona#iento de tan i#'ortantes a'aratos/

o

17

Realizar un c-e1ueo de todos los e1ui'os con el (in de realizar #ejoras y lograr #ayor e&actitud en la 'ráctica/

9ener un uen #anejo de las di(erentes válvulas, ya 1ue algunas son de#asiado sensiles y 'uede causar (allas durante la e&'eriencia/


18

Intercambiador de Calor de Tubo y Coraza

Recommend Documents