INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

TRANSFERENCIA DE CALOR

PRCTICA #4

TUBOS CONCENTRICOS

ALUMNA: GRUPO: 2IV29

PROFESOR: FECHA DE ENTREGA: 10-FEBRERO-2015

OBJETIVOS. Trabajar a diferentes condiciones de presin en el equipo de tubos concntricos para ver cul es la variacin de resultados y posteriormente determinar a qu presin es ms eficiente. Hacer el diagrama del equipo para conocer los elementos que lo integran. Analizar el comportamiento del equipo a diferentes condiciones se operacin segn los resultados obtenidos experimentalmente. Aprender a operar el equipo con ayuda del diagrama y el procedimiento explicado de operacin.

INTRODUCCION.Los intercambiadores de calor son equipos que permiten el calentamiento, cambio de fase o enfriamiento de un fluido (liquido o gas) por medio de otro fluido a diferente temperatura y separado por una pared general metlica.En la industria qumica la transmisin de calor se efecta por medio de intercambiadores de calor y el ms sencillo est formado por medio de diferentes dimetros, de tal manera que uno est dentro del otro, al espacio entre ambos se le denomina anulo o seccin anular por donde uno de los fluidos circula, el otro fluido circula dentro del tubo interior. Este intercambiador se conoce como intercambiador de tubos concntricos.Los intercambiadores se clasifican normalmente de acuerdo con el arreglo del flujo.Usos: Debido a que la seccin transversal es pequea estos cambiadores manejan poco volumen de fluido, tiene la ventaja de trabajarse a presiones y temperaturas elevadas, debido a que la relacin entre el dimetro y espesor es alto, lo que le da una alta resistencia mecnica.Estos intercambiadores presentan poca rea de transferencia de calor, si se desea aumentarla se unen varios tramos de estos equipos, constituyndolos en intercambiadores de mltiple paso. Actualmente su uso es limitado por el espacio que ocupan. En el laboratorio de operaciones unitarias la prctica se realiz en el equipo de tubos concntricos con el propsito de comparar la eficiencia del equipo a diferentes presiones de trabajo con condiciones normales de operacin. El intercambiador de calor instalado consta de:Equipo: Un intercambiador de calor de tubos concntricos de una horquilla, de acero galvanizado de y 1 de dimetro nominal cedula 40 y una longitud de paso de 1.5m por paso. 1 tanque atmosfrico de 57 cm de dimetro interior para el manejo de agua fra. 1 tanque atmosfrico de 57 cm de dimetro interior con indicador de nivel de vidrio para el manejo de agua caliente 1 tanque atmosfrico de 38.5 cm de dimetro con indicador de nivel de vidrio para la recepcin del condensado frio. 1 enfriador de serpentn de acero inoxidable tipo A-304 para subenfriar el condensado. Una bomba centrifuga de1 HP.Instrumentos: Un manmetro de caratula de 4 in tipo Bourdon. Un rotmetro con tubo de vidrio con una capacidad de 10. 38 l/min, al 100%.Accesorios: Un filtro para trampa de vapor. 5 indicadores de temperatura.

MARCO TEORICO.Un intercambiador de calor, es un aparato que transfiere energa trmica desde un fluido a alta temperatura, hacia un fluido a baja temperatura, con ambos fluidos movindose a travs del aparato.Los intercambiadores de calor tienen diferentes nombres segn el uso, como por ejemplo: Los calentadores se usan para calentar fluidos de proceso y generalmente es utilizado vapor como fluido de calentamiento, para ese fin. Los enfriadores, se emplean para enfriar fluidos de proceso, el agua es utilizada como el medio enfriador principal. Los condensadores, son enfriadores cuyo principal propsito es eliminar calor latente para lograr la condensacin de un gas. Los hervidores, tienen el propsito de suplir los requerimientos de calor en los procesos de destilacin como calor latente. Los evaporadores, se emplean para una concentracin de soluciones por evaporacin de agua, si se evapora el otro fluido adems del agua, la unidad se llama vaporizador.

Los intercambiadores de calor de tubos concntricos o doble tubo son los ms sencillos que existen. Estn constituidos por dos tubos concntricos de dimetros diferentes. Uno de los fluidos fluye por el interior del tubo de menor dimetro y el otro fluido fluye por el espacio anular entre los dos tubos.A continuacin se indica el funcionamiento de un intercambiador de calor de tubos concntricos o doble tubo:

Hay dos posibles configuraciones en cuanto a la direccin de los fluidos: a contracorriente y en paralelo. A contracorriente los dos fluidos entran por los extremos opuestos y fluyen en sentidos opuestos; en cambio en paralelo entran por el mismo extremo y fluyen en el mismo sentido. A continuacin se pueden ver dos imgenes con las dos posibles configuraciones de los fluidos dentro de los tubos.

Los intercambiadores de calor de tubos concntricos o doble tubo pueden ser lisos o aleteados. Se utilizan tubos aleteados cuando el coeficiente de transferencia de calor de uno de los fluidos es mucho menor que el otro. Como resultado el rea exterior se amplia, siendo sta ms grande que el rea interior.El tubo con aletas transversales se utiliza cuando la direccin del fluido es perpendicular al tubo.En cambio, cuando la direccin del flujo de los fluidos es paralela al eje de los tubos, el tubo es con aletas longitudinales.Tubo con aletas transversales

Tubo con aletas longitudinales

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL INTERCAMBIADOR DE TUBOS CONCENTRICOS.Ventajas: Diseo: Es muy fcil realizar sus partes estndar para un posterior montaje. Montaje: Se puede ensamblar en cualquier taller de plomera. Costos: Proporciona superficies de transferencia de calor a bajo costo.Desventajas: Transferencia: La principal desventaja es la pequea superficie o transferencia de calor contenida en una horquilla simple. Fugas: Cuando se usas con un equipo de destilacin se requiere gran nmero de horquillas y en cada horquilla existe la posibilidad de fugas debido a las conexiones. Espacio: Para los procesos industriales que requieren grandes superficies de transferencia de calor, se necesitan gran nmero de equipos, los que no se pueden acomodar en pequeos espacios, se recomienda el uso de tubos concntricos para superficies pequeas. Mantenimiento: El tiempo y gastos requeridos para desmontarlos y realizar limpiezas son prohibitivos, comparados con otros tipos de equipo.

TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES.

Lectura de los termopares

Termopar 1Termopar 2Termopar 3Termopar 4Termopar 5

0.7264710911027

0.8264711111227

Lectura del rotmetro

%minmin

700.81112427124505

700.71092327124515

TuberaDimetro nominalDimetro exteriorEspesorDimetro interiorFlujo de agua

Interior0.02130.00270.0158

Exterior0.04220.00350.0351

SECUENCIA DE CALCULOS.Corrida 1

1. Calculo del gasto volumtrico del agua.

O calculo directo: El rotmetro al 100% nos da un gasto de datos experimentales.

2. Calculo del gasto masa de agua.

3. Calculo del gasto volumtrico del condensado.

4. Calculo del gasto masa del condensado.

5. Calculo del calor ganado o absorbido por el agua (Qa).

6. Calculo del calor cedido por el vapor (Qv).

Nota: En donde se obtiene de tablas de vapor a presin absoluta.

1.5532.1

2526.4

Interpolando con Lagrange para obtener :

7. Calculo de la eficiencia trmica del equipo.

8. Calculo del coeficiente global de transferencia de calor experimental.

9. Calculo de la media logartmica de la diferencia de temperatura.

En donde:

Nota:

10. Calculo del rea de transferencia de calor.

Calculo de los coeficientes de pelcula interior y exterior.

11. Coeficiente de pelcula interior.Para conveccin forzada dentro de tubos.

La ecuacin anterior es vlida para: , Pr oscila entre 0.7 a 160.

Nota 2: Para este clculo las propiedades fsicas se evalan a temperatura media (tm) del agua y los dimetros del tubo interior.

Como Re:

Entonces se usa la ecuacin:

12. Calculo de la velocidad de flujo del agua.

13. Coeficiente de pelcula exterior.

Nota: Para este clculo las propiedades fsicas se toman a temperatura de pelcula del condensado.Para este clculo se tomaron los dimetros de tubo exterior.

14. Calculo de la .

Este clculo es un aproximado de la temperatura de pared o superficie.

Para este clculo las propiedades fsicas se toman a temperatura de pelcula del condensado.

15. Calculo del coeficiente global de transferencia de calor terico.

16. Calculo de la desviacin porcentual %D de los coeficientes y .

Corrida 2 1. Calculo del gasto volumtrico del agua.

O calculo directo: El rotmetro al 100% nos da un gasto de datos experimentales.

2. Calculo del gasto masa de agua.

3. Calculo del gasto volumtrico del condensado.

4. Calculo del gasto masa del condensado.

5. Calculo del calor ganado o absorbido por el agua (Qa).

6. Calculo del calor cedido por el vapor (Qv).

Nota: En donde se obtiene de tablas de vapor a presin absoluta.

1.5532.1

2526.4

Interpolando con Lagrange para obtener :

7. Calculo de la eficiencia trmica del equipo.

8. Calculo del coeficiente global de transferencia de calor experimental.

9. Calculo de la media logartmica de la diferencia de temperatura.

En donde:

Nota:

10. Calculo del rea de transferencia de calor.

Calculo de los coeficientes de pelcula interior y exterior.

11. Coeficiente de pelcula interior.Para conveccin forzada dentro de tubos.

La ecuacin anterior es vlida para: , Pr oscila entre 0.7 a 160.

Nota 2: Para este clculo las propiedades fsicas se evalan a temperatura media (tm) del agua y con los dimetros del tubo interno.

Como Re:

Entonces se usa la ecuacin:

12. Calculo de la velocidad de flujo del agua.

13. Coeficiente de pelcula exterior.

Nota: Para este clculo las propiedades fsicas se toman a temperatura de pelcula del condensado y dimetros de tubo externo.

14. Calculo de la .

Este clculo es un aproximado de la temperatura de pared o superficie.

Para este clculo las propiedades fsicas se toman a temperatura de pelcula del condensado.

15. Calculo del coeficiente global de transferencia de calor terico.

16. Calculo de la desviacin porcentual %D de los coeficientes y .

PQaQv%D

0.7434.757917.458311714.98639243.1694116.742070.6421837.97752919.0539.84

0.8434.757918.651044.95

TABLA DE RESULTADOS.