Mquinas TrmicasLaboratorio N8

INTERCAMBIADOR DE CALOR DE TUBOS CONCNTRICOS

Integrantes:

Especialidad:Mantenimiento de Maquinaria de PlantaArequipa-Per 2013

ATS DEL LABORATORIOObjetivos del ATS:

Evitar riesgos en la ejecucin del laboratorio Preparar un anlisis de trabajo seguro Identificar situaciones de peligro y aplicar las medidas de control correspondientesPartes: Pasos bsicos Peligros potenciales (riesgo) Medidas de control

ATS del laboratorio N 2: Dilatacin de tuberas

Pasos bsicos del trabajo realizadoDao (riesgo) presente en cada pasoControl del riesgo

Calentamiento de tuberasQuemaduras en las manos y brazos.Utilizar guantes para la manipulacin de las vlvulas y llaves que se encuentren en contacto con el vapor

Expulsin de vaporQuemaduras en las manos, dao a los ojos, sordera.Utilizar guantes, lentes, orejeras mantenerse alejados del extremo de la tuberas que se encuentra con salida libre de vapor

Ajuste de pernos para la fijacin de termmetrosPequeas lesiones.Utilizar guantes

Toma de DatosImprecisin, malos resultadosUtilizar implementos exactos y aparatos de medicin.

1. OBJETIVOS DEL LABORATORIO Evaluar el LMTD para una disposicin en paralelo y en contracorriente. Determinar el coeficiente global de transferencia de calor.

2. FUNDAMENTO TERICOCALCULO DE LMTDDiferencia de temperaturas (t)En los intercambiadores la diferencia de las temperaturas existentes entre los dos fluidos permite que una de ellos se haya calentado, al mismo tiempo que el otro se vaya enfriando. Esta variacin de la temperatura depender del tipo de disposicin de flujo.Disposicin de flujo paralelo

Intercambiador de calor de tubos concntricos

Como se observa en el trfico de variacin de la temperatura, esta diferencia es variable a lo largo del intercambiador; y por lo tanto es necesario escoger una diferencia media de temperatura, a esta la llamamos LMTD, su valor viene dado por:

Disposicin de flujo encontrado

Para ambas disposiciones de flujo:

CALCULO DEL CALOR INTERCAMBIADOCalor intercambiadoAsumiendo que no hay prdidas al exterior:El calor ganado por el agua se halla por:

Aqu el es igual ha , t2 es la temperatura de salida del agua en disposicin de flujo encontrado, t1 es la temperatura de ingreso del agua en disposicin de flujo encontrado y magua es el flujo msico del agua y este se halla:

Donde:

CALCULO DEL COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE CALOREl calor intercambiado referido al rea externa del tubo interior (q2)

Donde:

El calor transferido del vapor al agua ser:

El rea externa del tubo interior es

Para el intercambiador L = 3 m y D2 = 33.4 mmEl coeficiente global de transferencia de calor referida al rea externa del tubo interior ser:

El T es igual al LMTD para flujo encontrado

3. MATERIAL Y EQUIPOS A UTILIZAR Modulo de intercambiador de calor de tubos concntricos. Medidor de agua. Termmetros. Cronometro.

4. PROCEDIMIENTO Encienda el caldero. Calibre el presostato de tal manera que el caldero pare en 25 PSI y arranque en 17 PSI. Abra o cierre las vlvulas de agua para que la disposicin sea de flujo paralelo. Abra parcialmente la vlvula de vapor de ingreso al intercambiador. Espere que se estabilice las temperaturas de los fluidos de ingreso y salida, luego de esto tome lectura de las temperaturas t1, t2, T1, T2 y calcule el LMTD para la disposicin en paralelo. Abra o cierre las vlvulas de agua para que la disposicin sea en contraflujo. Espera a que se estabilice las temperaturas de los fluidos de ingreso y salida, luego de esto tome lectura de las temperaturas t1, t2, T1, T2 y calcule el LMTD para la disposicin en contraflujo.Realice los clculos respectivosTeniendo en cuenta que el flujo de agua hallado es 0.55 L/sParalelo

Hallamos el LMTD

Hallando el flujo msico de agua

Hallamos el flujo de calor

Ahora hallamos el coeficiente global de trasferencia de calor

Contraflujo

Hallamos el LMTD

Hallando el flujo msico de agua

Hallamos el flujo de Calor

Ahora hallamos el coeficiente global de trasferencia de calor

CUESTIONARIO En que tipo de flujo el T en el flujo a calentar es de mayor magnitud?

La mayor magnitud de diferencia de temperaturas se produce cuando se trabaja con contraflujo, esto queda expresado en que se obtiene un mayor LMTD y un mayor flujo calorfico en el intercambiador de tubos concntricos.

De que depende el coeficiente de transferencia global de calor?

El coeficiente global depende de tantas variables como sea preciso descomponerlo en sus partes. Consideremos el coeficiente global local para un punto especfico de un intercambiador de doble tubo como el realizado en laboratorio. Uno de los puntos importantes es la velocidad a la que se traslada el flujo.

Cmo se evalu la diferencia de temperatura para otro tipo de disposiciones por ejemplo tubo y coraza?

De una forma similar a la que utilizamos ahora, teniendo en cuenta los flujos de entrada y de salida de los fluidos fros y calientes.

Haga un croquis de la instalacin empleada.

Vista de Seccin del Intercambiador

5. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES La disposicin de la direccin del flujo en un intercambiador har que exista una diferencia de temperaturas en el flujo. No exista un grade de precisin perfecto en los termmetros de la entrada y salida de fluido. Se trabajo a una presin mximo de 25 PSI y una mnima de 17 PSI. El modulo de trabajo esta normalizado segn colores de tubera para los fluidos que pasan por ellas. En la configuracin en paralelo la temperatura de los fluidos se aproximan la una a la otra, el fluido de menor temperatura nunca alcanza la temperatura del fluido ms caliente. En una configuracin en contraflujo se tiene ms eficiencia que el de configuracin en paralelo ya que puede representar la temperatura ms alta en el fluido fro y la ms baja temperatura en el fluido caliente. La velocidad y turbulencia del lquido del lado de la carcasa son tan importantes como las del lquido del lado de los tubos.

6. ANEXOSAPLICACIONESPrecalentadorEn sistemas de vapor de gran escala, o en sistemas donde se requieren grandes temperaturas, el fluido de entrada es comnmente precalentado en etapas, en lugar de tratar de calentar dicho fluido en una sola etapa desde el ambiente hasta la temperatura final. El precalentamiento en etapas incrementa la eficiencia de la planta y minimiza el choque trmico de los componentes, que es el caso de inyectar fluido a temperatura ambiente en una caldera u otro dispositivo operando a alta temperatura. En el caso de sistemas de generacin de vapor, una porcin del vapor generado es sustrado y utilizado como fuente de calor para recalentar el agua de alimentacin en etapas. Al entrar el vapor al intercambiador de calor y fluir alrededor de los tubos, ste transfiere su energa trmica y se condensa. RadiadorComnmente, los intercambiadores de calor estn pensados como dispositivos lquido-a-lquido solamente. Pero un intercambiador de calor es cualquier dispositivo que transfiere calor a partir de un fluido a otro fluido. Algunas plantas dependen de intercambiadores de calor aire/liquido. El ejemplo ms familiar de un intercambiador de calor aire-lquido es un radiador de automvil. El lquido refrigerante fluye por el motor y toma el calor expelido y lo lleva hasta el radiador. El lquido refrigerante fluye entonces por tubos que utilizan aire fresco del ambiente para reducir la temperatura del lquido refrigerante. Ya que el aire es un mal conductor del calor, el rea de contacto trmico entre el metal del radiador y el aire se debe maximizar. Esto se hace usando aletas en el exterior de los tubos. Las aletas mejoran la eficacia de un intercambiador de calor y se encuentran comnmente en la mayora de los intercambiadores de calor del aire/lquido y en algunos intercambiadores de calor lquido/lquido de alta eficacia.Aire acondicionado, evaporador y condensadorTodos los sistemas de aire acondicionado contienen por lo menos dos intercambiadores de calor, generalmente llamados evaporador y condensador. En cualquier caso, el evaporador o el condensador, el refrigerante fluye en el intercambiador de calor y transfiere el calor, ya sea ganndolo o expeliendolo al medio fro. Comnmente, el medio fro es aire o agua.En el caso del condensador, el gas refrigerante caliente de alta presin se debe condensar a en un lquido subefriado. El condensador logra esto enfriando el gas al transferir su calor al aire o al agua. El gas enfriado es entonces condensado en lquido. En el evaporador, el refrigerante subenfriado fluye en el intercambiador de calor, y el flujo del calor se invierte, con el refrigerante relativamente fro se absorbe calor absorbido del aire ms caliente que fluye por el exterior de los tubos. Esto enfra el aire y hace hervir al refrigerante.Condensadores de vaporEl condensador del vapor, mostrado en la figura (18), es un componente importante del ciclo del vapor en instalaciones de generacin de potencia. Es un recinto cerrado en el cual el vapor sale de la turbina y se fuerza para ceder su calor latente de la vaporizacin. Es un componente necesario del ciclo del vapor por dos razones. La primera, convierte el vapor usado nuevamente en agua para regresarla al generador o a la caldera de vapor como agua de alimentacin. Esto baja el costo operacional de la planta permitiendo reutilizar el agua de alimentacin, y resulta ms fcil bombear un lquido que el vapor. La segunda razn, aumenta la eficiencia del ciclo permitiendo que el ciclo funcione opere con los gradientes ms grandes posibles de temperatura y presin entre la fuente de calor (caldera) y el sumidero de calor (condensador). Condensando el vapor del extractor de la turbina, la presin del extractor es reducida arriba de la presin atmosfrica hasta debajo de la presin atmosfrica, incrementando la cada de presin del vapor entre la entrada y la salida de la turbina de vapor. Esta reduccin de la presin en el extractor de la turbina, genera ms calor por unidad de masa de vapor entregado a la turbina, por conversin de poder mecnico. Ya que ocurre condensacin, el calor latente de condensacin se usa en lugar del calor latente de vaporizacin. El calor latente del vapor de la condensacin se pasa al agua que atraviesa los tubos del condensador. Despus de que el vapor condensa, el lquido saturado contina transfiriendo calor al agua que se enfra al ir bajando hasta el fondo del condensador. Algunos grados de subenfrado previenen la cavitacin de la bomba Este diseo de condensador proporciona agua fra que pasa por a travs de los tubos rectos de una cavidad llena de agua en un extremo hacia otra cavidad llena de agua en el otro extremo. Ya que el agua fluye una sola vez a travs del condensador se le denomina de un solo paso. La separacin entre las reas de las cavidades con agua y el rea donde condensa del vapor se hace mediante una tapa donde se colocan los tubos. Los condensadores tienen normalmente una serie de bafles que vuelven a dirigir el vapor para reducir al mnimo el choque directo en los tubos con el agua de enfriamiento. El rea inferior del condensador se localiza pozo de condensado (hotwell), como se o en figura (18). Aqu es donde el condensado se recoge mediante una bomba de succin. Si se acumula gases sin condensar en el condensador, el vaco disminuir y la temperatura de la saturacin con la cual el vapor condensar se incrementar.Los gases no condensables tambin cubren los tubos del condensador, as reduciendo el rea superficial para la transferencia trmica del condensador. Esta rea superficial puede tambin ser reducida si el nivel condensado aumenta sobre los tubos inferiores del condensador. Una reduccin en la superficie en el intercambio trmico tiene el mismo efecto que una reduccin en flujo del agua de enfriamiento. Si el condensador est funcionando muy cerca de su capacidad de diseo, una reduccin en el rea superficial efectiva resulta en la dificultad de mantener el vaco del condensador.La temperatura y el caudal del agua de enfriamiento que pasa por el condensador controlan la temperatura del condensado. Esto alternadamente controla la presin de la saturacin (vaco) del condensador.