analisis de refrigerante de carro

Intercambiadorde calor

[Intercambiadorde calor]24 de noviembre del 2014

Intercambiador de calorIntroduccin y ObjetivosEl proceso de intercambio de calor entre dos fluido que estn a diferentes temperaturas y separado por una pared solida ocurre en muchas aplicaciones de ingeniera. El dispositivo que se utiliza para llevar a cabo este intercambio se denomina intercambiador de calor, y las aplicaciones especficas se pueden encontrar en calefaccin de locales y acondicionamiento de aire, produccin de potencia, recuperacin de calor de desecho y algunos procesamientos qumicos.Objetivos generalesEl objetivo de este trabajo de investigacin es presentar los intercambiadores de calor como dispositivos que permiten remover calor de un punto a otro de manera especfica en una determinada aplicacin.Objetivos especficos Lograr medir las variables del intercambiador de calor, una vez depositado en el recipiente y as definir cul de los elementos usados tiene mayor eficiencia, y cuan eficiente seria en una aplicacin industrial. Analizar cuantitativamente el comportamiento de un intercambiador de calor agua-agua y agua-refrigerante operando en contracorriente Fundamento tericoDefinicinUn intercambiador de calor es un dispositivo diseado para transferir calor entre dos medios, que estn separados por una barrera o que se encuentren en contacto como se muestra en la Ilustracin II1 . Son parte esencial de los dispositivos de calefaccin, refrigeracin, acondicionamiento de aire, produccin de energa y procesamiento qumico

Ilustracin II2Fuente: Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias por C. J. Geankoplis, Christie John;Tipo de intercambiadoresa. Intercambiador de contacto directo. En los intercambiadores de contacto directo sin almacenamiento de calor las corrientes contactan una con otra ntimamente, cediendo la corriente ms caliente directamente su calor a la corriente ms fra. Este tipo de intercambiador se utiliza naturalmente cuando las dos fases en contacto son mutuamente insolubles y no reaccionan una con otra. Por consiguiente, no puede utilizarse con sistemas gas-gas.Los intercambiadores de calor de contacto directo son de tres amplios tipos. En primer lugar, se tienen los intercambiadores gas-slido. (Levenspiel, 1996).b. Intercambiador de contacto indirecto. 1. Regenerativos.: En los regenerativos una corriente caliente de un gas transfiere su calor a un cuerpo intermedio, normalmente un slido, que posteriormente cede calor almacenado a una segunda corriente de un gas fro Recuperativos.2. Dos corrientes en flujo paralelo. Los dos fluidos fluyen en direcciones paralelas y en el mismo sentido. En su forma ms simple, este tipo de intercambiador consta de dos tubos concntricos. En la prctica, un gran nmero de tubos se colocan en una coraza para formar lo que se conoce como intercambiador de coraza y tubos. El intercambiador de coraza y tubos se usa ms frecuentemente para lquidos y para altas presiones.3. Dos corrientes en contracorriente: Los fluidos se desplazan en direcciones paralelas pero en sentido opuesto. Trata de un intercambiador simple de tubos coaxiales, pero, como en el caso del intercambiador de corrientes paralelas, los intercambiadores de coraza y tubos o de placas son los ms comunes.4. Dos corrientes en flujo cruzado: Las corrientes fluyen en direcciones perpendiculares. La corriente caliente puede fluir por el interior de los tubos de un haz y la corriente fra puede hacerlo a travs del haz en una direccin generalmente perpendicular a los tubos. Una o ambas corrientes pueden estar sin mezclarse5. Dos corrientes en contra-flujo cruzado: Las configuraciones de flujo de los intercambiadores se aproximan a menudo a las idealizaciones6. Dos corrientes a pasos mltiples: Cuando los tubos de un intercambiador de coraza y tubos estn dispuestos en uno o ms pasos en el interior de la corazaAnlisis del intercambiador de calorPara definir la eficiencia de un intercambiador de calor, debemos determinar primero la transferencia de calor mxima posible para dicho intercambiador (Frank P. Incropera, 1999)

, donde: Cf = capacidad calorfica del fluido fro (mfCp f). Cc = capacidad calorfica del fluido fro (mcCp c). Tc ent = temperatura de entrada al intercambiador de calor del fluido caliente. Tf ent = temperatura de entrada al intercambiador de calor del fluido fro.Por lo que podemos decir que la transferencia de calor mxima responde a la siguiente expresin general:

donde:- Qmax = transferencia de calor mxima posible del intercambiador.- Cmin = mnimo de Cf y Cc.Ahora podemos definir la eficiencia del intercambiador como la relacin entre la transferencia real de calor y la transferencia de calor mxima posible:

, donde:- Q real = transferencia real de calor.- Tc sal = temperatura de salida al intercambiador de calor del fluido caliente.Efectividad de los intercambiadores de calor

Ilustracin II3Fuente: TERMODINMICA (notas en clase) Toms Gmez-Acebo

La segunda ley permite tambin cuantificar la efectividad de intercambiadores de calor. Consideramos el intercambiador en contracorriente representado en Ilustracin II3El anlisis de la primera ley da (Gmez-Acebo, 2005):

Este anlisis slo proporciona un balance entre el enfriamiento de la corriente caliente y el calentamiento de la corriente fra. Pero no dice nada sobre la eficacia de ese intercambio de calor, es decir, cul sera el mximo intercambio de calor posible.Un corolario de la segunda ley dice que no se puede transferir calor desde una corriente a baja temperatura hacia otra a temperatura mayor. Esto ocurre en cualquier punto intermedio del intercambiador, y tambin en los extremos:

Ambas condiciones deben cumplirse simultneamente con independencia del diseo del intercambiador.Supongamos ahora un caso particular: intercambiador con las dos corrientes isobaras ycp constante. Se puede escribir la ecuacin:

Si las capacidades calorficas (producto p m& c ) son iguales para las dos corrientes, se habla de un intercambiador balanceado.

El intercambiador ms efectivo ser el que cumple las igualdades de la ecuacin.

Si el intercambiador no est balanceado, slo la corriente con menor capacidad calorfica puede en el mejor de los casos salir a la temperatura de entrada de la otra corriente:

Un intercambiador real opera con menor efectividad. La efectividad se mide como cociente entre el calor realmente transferido y el mximo calor que se podra transferir cumpliendo las restricciones termodinmicas

Para un intercambiador balanceado:

Para intercambiador con cp variable o no balanceado:

h(T1) significa la entalpa de la corriente 34 a la temperatura T1RefrigeranteMonoetilenglicol (MEG) Se utiliza como anticongelante en los circuitos de refrigeracin de motores de combustin interna, como difusor del calor, para fabricar compuestos de polister, y como disolventes en la industria de la pintura y el plstico. El etilenglicol es tambin un ingrediente en lquidos para revelar fotografas, fluidos para frenos hidrulicos y en tinturas usadas en almohadillas para estampar, bolgrafos, y talleres de imprenta.Utilizaciones de los intercambiadores de calorComo hemos mencionado, un intercambiador de calor es un componente que permite la transferencia de calor de un fluido (lquido o gas) a otro fluido. Entre las principales razones por las que se utilizan los intercambiadores de calor se encuentran las siguientes (CIE, 2007): Calentar un fluido fro mediante un fluido con mayor temperatura. Reducir la temperatura de un fluido mediante un fluido con menor temperatura. Llevar al punto de ebullicin a un fluido mediante un fluido con mayor temperatura. Condensar un fluido en estado gaseoso por medio de un fluido fro. Llevar al punto de ebullicin a un fluido mientras se condensa un fluido gaseoso con mayor temperatura.Debe quedar claro que la funcin de los intercambiadores de calor es la transferencia de calor, donde los fluidos involucrados deben estar a temperaturas diferentes. Se debe tener en mente que el calor slo se transfiere en una sola direccin, del fluido con mayor temperatura hacia el fluido de menor temperatura. En los intercambiadores de calor los fluidos utilizados no estn en contacto entre ellos, el calor es transferido del fluido con mayor temperatura hacia el de menor temperatura al encontrarse ambos fluidos en contacto trmico con las paredes metlicas que los separan.HiptesisEl intercambiador de calor es adiabtico, y por lo tanto, las prdidas al exterior son despreciables.Diseo de la prcticaVariables independientes:i) Temperatura : Cii) Presin: KPaVariables dependientes:iii) Masa: Kgiv) Volumen: mMaterialesNombre del MaterialMargen de Error

1 Juego de rejillas de refrigerador

1 Refrigerante (etilenglicol)

2000ml Agua

4 Depsitos

1 Termmetros+/- (1.5% +15)

1 cronometro

Tabla IV1Fuente: elaboracin propia Diagramas

Grafico IV1Fuente: elaboracin propia

Grafico IV2Fuente: elaboracin propia ProcedimientoPara poder empezar el armado de nuestro calentador, se necesitara cortar la rejilla[footnoteRef:1] del refrigerador en dos secciones, para poder unir nuestros depsitos con las rejillas, usaremos un abrazaderas de de metal. [1: la rejilla esta echa con tubera de acero con un dimetro interior de 4 mm]

El intercambiador de calor, ser de flujo cruzado, es decir nuestro flujo caliente vendr de abajo hacia arriba y el flujo frio saldr de arriba hacia abajo, teniendo ambos salida en la parte inferior hacia los depsitos, donde estarn dos depsitos ms en cada salida. Los flujos que se aplicaran en el sistema son refrigerante que ser calentado hasta 63C siendo este el flujo caliente y agua con distintas variaciones de temperatura. Se realiz dos ensayos:El primero de ellos consiste en un mismo fluido pero a distintas temperaturas, nuestro fluido caliente se encuentra a 77C y nuestro fluido frio est a 17 C, teniendo como flujo de salida para el primer caso una temperatura de 51C y para el otro de 18C; El segundo anlisis consisti de calentar el refrigerante hasta 63C por ende este es nuestro fluido caliente, y nuestro fluido frio ser agua a 17C teniendo como resultado del intercambio que la salida del refrigerante de 44C y la salida del agua es a 20C, En este ensayo se midieron los flujos volumtricos iniciales con 500ml y 700ml acotamos que la velocidad de cada del agua es de 01:56:17, 03:10:04 respectivamente, y para el refrigerante del mismo modo con 500ml y 700ml se tiene una velocidad de salida de 02:02:69, 03:15:83 respectivamente.Clculos del primer ensayo agua-aguaCcalor especifico KJ/k Kgentalpia

liquido calientetemperatura de entrada774.194322.298h3

temperatura de salida56234.382h4

liquido friotemperatura de entrada184.18475.556h1


datos generales del agua

volumen registrado500ml

tiempo cronometrado122.09s

flujo volumtrico4.095339504ml/s

4.09534E-06m3/s

densidad del agua998Kg/M3

flujo msico0.004087149kg/s

datos generales del agua a 77 C




4.19851E-06m3/s

densidad del agua971.81Kg/M3


interpolacin h3

75313.91

77

80334.88

0.4-20.97

-8.388322.298

interpolacin

55230.2

56

60251.11

0.2-20.91

-4.182234.382

INTERPOLACION

1562.98

18

2083.94

0.6-20.96

-12.57675.556

Qc=mcptectscmcp c

Qc=0.004080154.194350.15329.150.01711215

Qc=-0.35935508KJ/s

Qf=mcptsftefmcp f

Qf=0.004087154.184293.15291.150.01710063

Qf=0.03420126KJ/s

CALCULO DE LA POTENCIA MAXIMA

Q m=mcptectsc

Qm=0.004087154.184350.15291.15

Qm=1.00893721KJ/s

calculo de efectividad

calculo de la efectividad

e =Qc/Q max

e =0.034201261.00893721

e =3.38983%

h2-h18.384

h3-h1246.742

efectividad3.39788%

Clculos del segundo ensayo refrigerante aguaCcalor especifico KJ/k Kgentalpia

liquido calientetemperatura de entrada633.72995h3

temperatura de salida44h4

liquido friotemperatura de entrada184.18475.556h1


datos generales del agua




4.09534E-06m3/s

densidad del agua998Kg/M3


datos generales del refrigerante a 77 C




4.30404E-06m3/s

densidad del refrigerante1035.02Kg/M3


interpolacin h1

1562.98

18

2083.94

0.6-20.96

-12.57675.556

Qc=mcptectscmcp

Qc=0.004454763.72995336.15317.150.01661605

Qc=-0.31570493KJ/s

Qf=mcptsftefmcp

Qf=0.004087154.184293.15291.150.01710063

Qf=0.03420126KJ/s

CALCULO DE LA POTENCIA MAXIMA

Qm=mcptectsc

Qm=0.004454763.72995336.15291.15

Qm=0.74772221KJ/s

calculo de efectividad

e =Qf/Q max

e =0.034201260.74772221

e =4.57%

PresupuestoNombre del MaterialCosto unitario

1 Juego de rejillas de refrigeradorS/. 15.00

1 litro de Refrigerante marca Vistony S/. 4.00

2000ml Agua---

4 DepsitosS/. 1.00

1 Termmetros---

1 cronometro---

4 abrazaderas S/. 2.00

3 metros de manera de 5/32 (4 mm) S/. 1.80

metro cuadrado de MDF (madera)S/. 5.00

TornillosS/. 1.00

TotalS/. 29.80

Resultados y discusinComo primer resultado podemos distingue un aumento de la efectividad del intercambiador de calor cuando se usas como liquido caliente un combinacin de refrigerante y agua en una proporcin de 1 a 3. El cambio tuvo un efecto en la efectividad de 1.18%.Este resultado se debe a que la combinacin de agua y refrigerante descendi su temperatura en 19 C y el agua pura descendi 21 C Esto quiere decir que el agua se enfri ms rpido y la combinacin del agua con refrigerante al mantener ms caliente pudo trasmitirle ms calor al flujo frio.Debemos considerar tambin los clculos realizados fueron en un supuesto medio adiabtico, total mente aislado, medio que en la realidad no se da, existieron perdida das de calor hacia el medio ambiente, hacia la estructura que soportaba al intercambiador de calor, hubo prdidas de calor en las mangueras que conectaban los recipientes y el medio donde se realiz el experimento no era controlado, es por esa razn que existe una variante entre las temperaturas de entrada del flujo frio en los 2 ensayos realizados. Se recomienda para siguientes investigacin realizar el estudio a distintas presiones y temperaturas, adems de aislar de mejor manera el intercambiador de calor.Tambin re recomienda utilizar termmetros fijos en cada recipiente para aumentar la presin de la medicin en un momento determinado del experimento.Tambin recomienda utilizar otros tipos de refrigerante y otros fluidos como es el caso del aceite

Proyecto de implementacin Observando la transferencia calor que se da en las rejillas se puede establecer que los elementos utilizados son estables. Por lo que el diseo del dispositivo se debe hacer teniendo en cuenta nicamente los requerimientos de temperaturas mnimas y mximas de los elementos a enfriar.Para optimizar el estudio de este dispositivo se debe agregar unas bombas como se muestra en la Ilustracin VI1 que permita llevar los lquidos que salen del dispositivo las entradas del mismo y obtener un flujo constante, adems esta bomba permitir el estudio a diferentes velocidades y presiones.Adems debe acondicionarse una resistencia elctrica que proporcione calor para mantener la temperatura constante a la entrada del lquido caliente y as tambin podar estudiar el dispositivo a diferentes temperaturas.

Ilustracin VI2Fuente: elaboracin propia BibliografaAlojamientos Uva. (22 de mayo de 2012). Recuperado el 08 de noviembre de 2014, de https://alojamientos.uva.es/guia_docente/uploads/2011/447/42501/1/Documento15.pdfCIE. (20 de noviembre de 2007). Recuperado el 10 de noviembre de 2014, de http://www.cie.unam.mx/~ojs/pub/HeatExchanger/node3.htmlFrank P. Incropera, D. P. (1999). Fundamentos de transferencia de calor. Mexico: Hispanoamericana.Geankoplis, C. J. (1998 ). Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias. Continental.Gmez-Acebo, T. (2005). Termodinamica ( notas en clase). Navrra: UNIVERSIDAD DE NAVARRA.Levenspiel, O. (1996). Flujo de fluidos e intercambio de calor. Barcelona: Reverte .RECAIR. (28 de septiembre de 2014). Recuperado el 10 de noviembre de 2014, de http://www.recair.es/tags/funcionamiento-del-intercambiador-de-calor/Universidad de Vigo. (13 de octubre de 2013). Recuperado el 10 de noviembre de 2014, de http://webs.uvigo.es/prosepav/practicas/p6_intercambdecalor.pdfWikipedia. (30 de octubre de 2014). Recuperado el 08 de noviembre de 2014, de http://es.wikipedia.org/wiki/Intercambiador_de_calorReferencias y anexosAnexo 1

Anexo 2

Anexo 3

Pgina 7

analisis de refrigerante de carro

Documents

Transcript of analisis de refrigerante de carro