Post on 06-Mar-2018
Profesora:
Marianela Fernández
LABORATORIO DE
OPERACIONES UNITARIAS I
UNIVERSIDAD DEL ZULIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA BÁSICA
TRANSFERENCIA DE CALOR EN INTERCAMBIADORES
Objetivo General
Estudiar la transferencia
de calor en un intercambiador
de doble tubo con flujo
paralelo y contracorriente.
Determinar el calor transferido, latemperatura media logarítmica, elcoeficiente de película externo e interno, elcoeficiente global de transferencia sucio ylimpio y el factor de ensuciamiento paracada modo de operación (paralelo y encontracorriente).
Comparar los valores del coeficiente globalde transferencia calculado, con losdisponibles en la literatura.
Objetivos Específicos
Deducir algún valor para el coeficiente deensuciamiento en el intercambiador, a partirde los valores de U calculados.
Determinar el efecto de la forma de operación(contracorriente/paralelo), sobre el calortransferido, el coeficiente de película, elcoeficiente global de transferencia de calor y elLMTD.
Objetivos Específicos
INTERCAMBIADORES DE CALOR
Equipos donde se efectúa la transferencia de calor entre dos corrientes de un proceso, separadas por
un elemento físico.
Los intercambiadores de calorhan adquirido una granimportancia ante la necesidadde ahorrar energía y disponerde equipos óptimos no sólo enfunción de su análisis térmicoy bajo costo de instalación,sino también en función delaprovechamiento energéticodel sistema.
INTERCAMBIADORES DE CALOR
Desde el momento en que un
intercambiador de calor se instala y pone
en funcionamiento dentro de un proceso
de transferencia térmica, se precisa un
determinado gradiente de temperatura
para que se pueda efectuar la transmisión
del calor; la magnitud de este gradiente
se puede reducir utilizando un
intercambiador mayor, pero ésto a su vez
implica un mayor costo, tanto de tipo
económico, como energético.
TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR
Geometría
Tubulares
Placa
Superficie extendida
Enfriadores con aire
Tubo y carcaza
Doble Tubo
Empacada
Espiral
Placas aletadas
Tubos aletados
Flujo
Paralelo
Contracorriente
Cruzado
Según su función
Calentadores
Enfriadores
Condensadores
Evaporadores
Economizadores
TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR
El intercambiador de calor más sencillo secompone de un tubo dentro de otro tubo. Estemontaje de corrientes paralelas funciona, tanto encontracorriente como en cocorriente, circulando elfluido caliente o el frío a través del espacio anular,mientras que el otro fluido circula por la tuberíainterior.
Esta conformado por dos tubos concéntricos, dos tes conectoras,un cabezal de retorno y un codo en U. La tubería interior. sesoporta en la exterior mediante estoperos y el fluido entra al tubointerior a través de una conexión roscada localizada en la parteexterna del intercambiador. Las tes tienen boquillas o conexionesroscadas que permiten la entrada y salida del fluido del anulo quecruza de una sección a otra a través del cabezal de retorno. Latubería interior se conecta mediante una conexión en U que estágeneralmente expuesta y que no proporciona superficie detransferencia de calor. Cuando se arregla en dos pasos, se llamahorquilla.
INTERCAMBIADOR DE CALOR DOBLE TUBO
Longitud Efectiva = 12, 15 o 20 ft
Área Total Transf.= 100-200 ft2
En este tipo de intercambiador, uno de los fluidos circula por elinterior de los tubos, mientras que el otro fluido se ve forzado acircular entre la carcasa y la parte exterior de los tubos. Cuando lastemperaturas TC del fluido del lado caliente y TF del fluido del ladofrío son variables de un punto a otro, a medida que el calor vapasando del fluido más caliente al más frío, la velocidad deintercambio térmico entre los fluidos también variará a lo largo delintercambiador, porque su valor depende, en cada sección, de ladiferencia de temperaturas entre los fluidos caliente y frío.
INTERCAMBIADOR DE CALOR Carcasa y Tubo
1 Paso Carcasa, 1 Paso Tubos
SEGÚN SU FUNCIÓN
Calentador o rehervidor
Rehervidor
Condensador
Columna de Destilación
Evaporador normal de tubos verticales
Flujo Paralelo (Cocorriente): los dos fluidosentran por el mismo extremo y fluyen en elmismo sentido.
En un flujo paralelo en equicorriente, la temperaturafinal del fluido más frío nunca puede llegar a ser iguala la temperatura de salida del fluido más caliente.
CONFIGURACIÓN DEL FLUJO
Flujo Contracorriente: los fluidos entranpor los extremos opuestos y fluyen ensentidos opuestos.
En un flujo en contracorriente, la temperatura finaldel fluido más frío (que es el que se calienta) puedesuperar la temperatura de salida del fluido máscaliente (que se enfría), puesto que existe ungradiente de temperaturas favorable a todo lo largodel intercambiador de calor.
CONFIGURACIÓN DEL FLUJO
Flujo Cruzado: En el enfriamiento ocalentamiento de gases es interesante utilizar unintercambiador de calor en flujo cruzado, en el queuno de los fluidos (líquido o gas) circula por elinterior de los tubos, mientras que al otro fluido(gaseoso) se le obliga a circularperpendicularmente al haz de tubos.
CONFIGURACIÓN DEL FLUJO
ECUACIONES DE DISEÑO PARA INTERCAMBIADORES DE CALOR
TCpmq .
LMiiLMLM TAUTAUR
Tq
00
2
1
21
T
TLn
TTTLM
CALOR TRANSFERIDO
DIFERENCIA DE TEMPERATURA MEDIA LOGARITMICA
RAUAU ii
11
00
COEFICIENTE GLOBAL
ECUACIONES DE DISEÑO PARA INTERCAMBIADORES DE CALOR
COEFICIENTE DE PELICULA EXTERNO
wk
cpGDe
De
kh
3155,0
0
36.0
Re > 2100
1
2
1
2
24D
DDrD He
DIÁMETRO EQUIVALENTE (TRANSFERENCIA DE CALOR EN EL ÁNULO
14.03
18.0
027.0
w
ik
cpGDi
Di
kh
COEFICIENTE DE PELICULA INTERNO Re > 2100
ECUACIONES DE DISEÑO PARA INTERCAMBIADORES DE CALOR
0
000
limpio0
1ln
2
1
hD
D
k
D
Dh
D
U iii
0
0000
0
Sucio0
1ln
2
1
hD
D
k
D
D
DRR
Dh
D
U ii
i
ii
i
iD
DRR
UU
00
Limpio0Sucio0
11
COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR
LIMPIO
SUCIO
HOJA DE TOMA DE DATOSDatos. Diámetros para la tubería de cobre tipo L
Termocupla30% H2O y 45 %
Vapor60% H2O y 45 %
Vapor
1
2
3
4
5
6
Experiencia 2. Temperaturas Medidas para cada termocupla con elarreglo en paralelo y contracorriente.
Diámetro Nominal
Diámetro Exterior
Espesor Termocuplas Hierro -ConstantanTreal = 0.776267Texp +5.045
SEGURIDAD
• Usar obligatoriamente lentes deseguridad, guantes y bata.