Informe Intercambiador Tubos Concentricos LIQ

LABORATORIO DE FLUIDOS, SLIDOS Y TRANSFERENCIA DE CALOR

INTEGRANTES:Mauricio Castiblanco Casas -David Camilo Mon MuozMara Paula Morales Bedoya -Esteban Pardo ArangoSara Saavedra Infante

PRCTICA 7. INTERCAMBIADOR DE TUBOS CONCENTRICOS

1. OBJETIVO GENERAL

Determinar el coeficiente global de transferencia de calor para el intercambiador en arreglo contracorriente y paralelo.

2. OBJETIVOS ESPECFICOSLos siguientes objetivos se realizaran para cada uno de los caudales empleados:

Determinar el coeficiente global de transferencia de calor asumiendo que ste no vara con la temperatura (aplicando la definicin de DMLT). Determinar el coeficiente global de transferencia de calor teniendo en cuenta que ste vara con la temperatura y encontrar la temperatura calrica. Analizar si el rea de transferencia de calor es suficiente y el estado del equipo a partir del factor de obstruccin Rd. Realizar la grfica de Temperatura vs. Longitud para flujo en contracorriente y en paralelo. Confirmarque el flujo en contracorriente permite una mayor transferencia de calor.

3. PALABRAS CLAVEIntercambiador de calor: Es un aparato que facilita el intercambio de calor entre dos fluidos que se encuentran a temperaturas diferentes y evita que se mezclen entre s, un intercambiador de calor comprende conveccin en cada fluido y conduccin a travs de la pared que los separa (Cengel, 2011).

Diferencia de temperatura:Es la fuerza motriz, mediante la cual el calor se transfiere desde la fuente al receptor (Kern, 1999).

Factor de obstruccin:Es la resistencia adicional que se desarrolla a medida que transcurre el tiempo en que funciona un intercambiador debida a la sedimentacin, incrustacin, o deterioro del material que reduce el valor original de U y la velocidad de transferencia de calor. Se representa como Rd.

Coeficiente global de transferencia de calor limpio: Es el coeficiente que presenta el equipo cuando esta nuevo o en condiciones limpias. Se representa Uc.

Coeficiente global de diseo:Es el coeficiente que incluye el factor de obstruccin.Se representa UD.

4. TEORIA

Los tubos concntricos llevan juntas dos corrientes, cada una tiene un coeficiente de pelcula particular y cuyas temperaturas varan de la entrada a la salida. Para calcular la diferencia de temperatura entre los dos, se emplean las temperaturas de proceso, la temperatura T es la del fluido caliente, y la temperatura t la del fluido frio. Las posibilidades de disposicin de los fluidos en el equipo son flujo en paralelo y en contracorriente.

Figura 1. Disposicin de los fluidos en tubos concntricos (Kern, 1999).

Para los casos mencionados los perfiles de temperatura son:

Figura 2. Perfiles de temperatura de flujo en contracorriente y en paralelo (Kern, 1999).

Estos perfiles de temperatura muestran que el flujo paralelo presenta un limitante termodinmico desfavorable para la transferencia de calor, ya que las temperaturas de salida tienden a parecerse de tal manera que lo mximo que se puede lograr es que t2 T2. Para el perfil de flujo en contracorriente t2 puede ser mayor que T2 y el limitante termodinmico es que mximo t2 podra ser aproximadamente igual que a T1. Sin embargo para saber cuantitativamente que arreglo de flujo es ms ventajoso, se gener una expresin algebraica que permite aproximar la diferencia de temperatura total, la cual se denomina diferencia media logartmica de temperatura, que se expresa para flujo en contracorriente y en paralelo de la siguiente manera:

DMLT para flujo en contracorriente:

( 1)

DMLT para flujo en paralelo:

( 2)

Empleando DMLT el calor se puede determinar:

( 3)

Para analizar que disposicin de flujo da una mayor eficiencia trmica, se puede observar que para el caso en que T1>T2, DMLT para flujo en contracorriente es mayor a la del flujo en paralelo, cuando T1=T2, se obtiene una misma DMLT para ambos arreglos, para flujo en paralelo no se puede dar casos en los que t2 T2, dado a que se indeterminara la expresin. De lo anterior se concluye que el flujo en contracorriente es la mejor disposicin de flujos que pueda tener un intercambiador de tubos concntricos.

Coeficientes de transferencia de calor

Coeficiente de transferencia en el tubo: Para calcular el coeficiente de pelcula en el tubo se tienen correlaciones por medio de las cuales este se puede determinar dependiendo del rgimen en el que se opere el equipo. Generalmente se busca que el equipo opere en rgimen turbulento, Re>10000, para generar valores de coeficientes de pelcula que optimicen la transferencia de calor. Una de las expresiones para rgimen turbulento es:

Ecuacin de Dittus- Boelter para un fluido que se calienta o enfra en un tubo:

( 4)

k: Conductividad trmica del fluidoCp: Calor especifico : ViscosidadD: Diametro interno del tuboG: Flujo masicoq: se toma igual a 0.4 o 0.3 cuando el fluido se calienta o se enfra respectivamente.h: Coeficiente promedio de transferencia de calor

Coeficiente de transferencia de calor en el nulo:El clculo del coeficiente de pelcula cuando el fluido circula para el fluido que circula por la seccin anular se efecta con la expresin anterior para rgimen turbulento, pero reemplazando el dimetro interno por el dimetro equivalente y su respectiva rea de flujo, el cual se expresa:

( 5)

En esta ecuacin, y son el dimetro externo del tubo interno y el dimetro interno del nulo, respectivamente.

Coeficiente global de transferencia de calor:Coeficiente que toma en cuenta la contribucin de los efectos del calor transferido del fluido caliente hacia la pared por conveccin, despus a travs de la pared por conduccin, y por ltimo de la pared hacia el fluido frio de nuevo por conveccin (Cengel, 2011). Se expresa como la sumatoria de resistencias que implica este proceso de transferencia de calor, en el caso de dos tubos concntricos, las resistencias encontradas son la resistencia de la pelcula del fluido en el tubo, la resistencia de la pared del tubo. La resistencia de la pared del tubo es:

( 6)

( 7)

En donde y , las cuales son las reas convectivas interna y externa del tubo, y son los dimetros interno y externo respectivamente, y los coeficientes de pelcula interno y externo, k la conductividad trmica del tubo interno y L la longitud de transferencia de calor en el tubo.El coeficiente global de transferencia de calor se puede basar en la superficie externa o interna:

( 8)

De esta manera, el coeficiente global de transferencia de calor basado en la superficie externa es:

( 9)

( 10)

Y el coeficiente global de transferencia de calor basado en la superficie interna es:

( 11)

( 12)

Ya que es necesario especificar el rea en el que se basa el coeficiente global de calor, por lo general el rea de referencia que se utiliza es el rea externa del tubo interno, es decir el rea del anulo. La ecuacin 5 corresponde al coeficiente interno corregido y la ecuacin 6 al coeficiente externo corregido. Cabe resaltar que Ui es diferente de UO, a menos que Ao fuera igual que Ai. Cuando la pared del tubo es pequea y la conductividad trmica del material es alta, la resistencia de la pared del tubo es despreciable y las superficies interior y exterior del mismo son semejantes, por lo cual la expresin final es:( 13)

Este coeficiente no tiene en cuenta el factor de obstruccin, por lo cual corresponde al coeficiente global de transferencia de calor limpio. El coeficiente global de diseo se expresa en funcin del coeficiente limpio el factor de obstruccin Rd, asi:

( 14)

( 15)

( 16)

Rdiy Rdo corresponde al factor de obstruccin interno y factor de obstruccin externo, de tal manera que el factor de obstruccin se expresa:

( 17)

( 18)

( 19)

( 20)

Mtodo de Colburn

Este modelo se plantea para estado estable, los calores especficos se consideran constantes y evaluados a la temperatura media respectiva, el proceso se considera adiabtico respecto al medio ambiente, el coeficiente global de transferencia de calor varia linealmente con la temperatura, lo cual lleva a valorar temperaturas calricas para completar el modelo algebraico. Teniendo en cuenta que para un tiempo transcurrido de funcionamiento se habr desarrollado un factor de obstruccin Rd y considerando que el coeficiente global de transferencia de calor es constante con la temperatura, la ecuacin de Fourier es:( 21)

Dado a que el calor tambin se puede calcular como la transferencia de calor desde el fluido caliente o la transferencia hacia el fluido frio por medio de los flujos msicos y los calores especficos, se puede calcular UD. Uc se puede calcular a partir de la ecuacin 4 y de esta manera el factor de obstruccin.

Suponer que el coeficiente global de transferencia es constante no es estrictamente cierto, se busca encontrar las temperaturas a las cuales debe ser evaluado el coeficiente global Ux para que el proceso quede operando con una diferencia total que corresponda a la encontrada, es decir la DMLT.

El modelo integrado de Colburn decide que es necesario obtener un calor nico del coeficiente total Ux, en el cual se puede considerar que transfiere calor a la DMLT (Kern, 1999) definiendo Ux por:( 22)

Ux se identifica calculando Tc y tc, las temperaturas en las cuales Ux existe y a las cuales se calculan hi y ho. Para calcular las temperaturas calricas se determina la fraccin calrica y se definen Kc y r( 23)

( 24)

( 25)

Luego de hacer un anlisis en el que U es una funcin lineal de t, evaluando en la ecuacin (22) se obtiene que ( 26)

Por ltimo, para calcular las temperaturas calricas se obtienen las siguientes expresiones.

( 27)

( 28)

5. PROCEDIMIENTO

6. RESULTADOS Y ANLISIS

Los siguientes objetivos se realizaran para cada uno de los caudales empleados: Determinar el coeficiente global de transferencia de calor teniendo en cuenta que ste vara con la temperatura y encontrar la temperatura calrica. Analizar si el rea de transferencia de calor es suficiente y el estado del equipo a partir del factor de obstruccin Rd. Realizar la grfica de Temperatura vs. Longitud para flujo en contracorriente y en paralelo. Confirmar que el flujo en contracorriente permite una mayor transferencia de calor.

Los datos geomtricos del intercambiador en el que se realiz la prctica se encuentran en la siguiente tabla, teniendo los dimetros nominales de cada tubo del intercambiador, se emple la Tabla 11 del Apndice del libro Procesos de transferencia de calor de Donald Kern para obtener todas las dimensiones necesarias para los clculos.

ANULOTUBOGLOBAL

D. N =3,00 inD.N =1,00 inL(m)=0,85

Dinterno(m)=0,0779Dexterno(m)=0,0335Superficie por metro lineal (m)0,1018

Dinterno- Dexterno (m)=0,0444Dinterno(m)=0,0266A=0,0865

Dequivalente(m)=0,1476

Tabla 1. Dimensiones del intercambiador de doble tubo.Para obtener los caudales de cada altura del rotmetro, se tomaron los datos de calibracin del rotmetro tomados por el otro grupo, stos se presentan a continuacin: Calibracin Rotmetro

hQ(m3/s)

108,84204E-05

150,000107115

200,000121945

250,000132396

300,000153945

Tabla 2. Calibracin del RotmetroLos datos y clculos de los coeficientes de transferencia global de calor para cada flujo en paralelo y contracorriente, a cada presin a la que se opero el equipo son: Arreglo en paralelo:Presin: 8 psiAltura rotmetro: 30FLUIDO CALIENTE, ANULOFLUIDO FRIO, TUBO

T1(C) =98,3t1(C)=16

T2(C) =73,9 t2(C) =43

Caudal(m3/s) =0,35167Caudal(m3/s) =0,00015

T1(kg/m3) = 1,0213t1(kg/m3) = 998,8968

W(kg/s) =0,359w(kg/s)=0,154

T12 (C)=86,1t12(C) =29,5

CpT12(J/kgK)=1982,70Cpt12(J/kgK)=4184,73

Q(J/s)=17374,73Q(J/s)=17374,73

DMLT=52,47

UD(W/K)=3826,75

Tabla 3. Calor, DMLT y UD en arreglo en paralelo. Altura rotmetro: 25FLUIDO CALIENTE, ANULOFLUIDO FRIO, TUBO

T1(C) =98,1t1(C)=16

T2(C) =79,1 t2(C) =46


T1(kg/m3) = 1,0152t1(kg/m3) = 998,8968

W(kg/s) =0,439w(kg/s)=0,132

T12 (C)=88,6t12(C) =31

CpT12(J/kgK)=1990,92Cpt12(J/kgK)=4184,20

Q(J/s)=16600,81Q(J/s)=16600,81

DMLT=53,94

UD(W/K)=3556,58


T1(C) =96,8t1(C)=16

T2(C) =61 t2(C) =50


T1(kg/m3) = 0,97659t1(kg/m3) = 998,8968

W(kg/s) =0,247w(kg/s)=0,122

T12 (C)=78,9t12(C) =33

CpT12(J/kgK)=1961,00Cpt12(J/kgK)=4183,57

Q(J/s)=17326,43Q(J/s)=17326,43

DMLT=35,00

UD(W/K)=5720,27


T1(C) =99,1t1(C)=16

T2(C) =65,8 t2(C) =55


T1(kg/m3) = 1,04579t1(kg/m3) = 998,8968

W(kg/s) =0,266w(kg/s)=0,107

T12 (C)=82,45t12(C) =35,5

CpT12(J/kgK)=1971,34Cpt12(J/kgK)=4182,89

Q(J/s)=17454,73Q(J/s)=17454,73

DMLT=35,43

UD(W/K)=5692,86

Tabla 6. Calor, DMLT y UD en arreglo en paralelo.Altura rotmetro: 10FLUIDO CALIENTE, ANULOFLUIDO FRIO, TUBO

T1(C) =96t1(C)=16

T2(C) =65 t2(C) =63

Caudal(m3/s) =0,29881Caudal(m3/s)=0,00008

T1(kg/m3) = 0,95347t1(kg/m3) = 998,897

W(kg/s) =0,285w(kg/s)=0,088322832

T12 (C)=80,5t12(C) =39,5

CpT12(J/kgK)=1965,57Cpt12(J/kgK)=4182,08

Q(J/s)=17360,55Q(J/s)=17360,55

DMLT=21,14

UD(W/K)=9488,18

Tabla 7. Calor, DMLT y UD en arreglo en paralelo.Presin: 16 psiAltura rotmetro: 30FLUIDO CALIENTE, ANULOFLUIDO FRIO, TUBO

T1(C) =111,3t1(C)=16

T2(C) =97 t2(C) =60


T1(kg/m3) = 1,48617t1(kg/m3) = 998,8968

W(kg/s) =0,965w(kg/s)=0,15378

T12 (C)=104,15t12(C) =38

CpT12(J/kgK)=2050,68Cpt12(J/kgK)=4182,35

Q(J/s)=28298,27Q(J/s)=28298,27

DMLT=61,62

UD(W/K)=5307,05


T1(C) =108,5t1(C)=16

T2(C) =93,3 t2(C) =63


T1(kg/m3) = 1,37358t1(kg/m3) = 998,8968

W(kg/s) =0,840w(kg/s)=0,13225

T12 (C)=100,9t12(C) =39,5

CpT12(J/kgK)=2036,90Cpt12(J/kgK)=4182,08

Q(J/s)=25994,76Q(J/s)=25994,76

DMLT=55,73

UD(W/K)=5390,18


T1(C) =112,1t1(C)=16

T2(C) =95 t2(C) =67


T1(kg/m3) = 1,51968t1(kg/m3) = 998,8968

W(kg/s) =0,742w(kg/s)=0,12181

T12 (C)=103,55t12(C) =41,5

CpT12(J/kgK)=2048,09Cpt12(J/kgK)=4181,80

Q(J/s)=25978,67Q(J/s)=25978,67

DMLT=55,22

UD(W/K)=5436,48

Tabla 10. Calor, DMLT y UD en arreglo en paraleloAltura rotmetro: 15FLUIDO CALIENTE, ANULOFLUIDO FRIO, TUBO

T1(C) =110,6t1(C)=16

T2(C) =100,9 t2(C) =82


T1(kg/m3) = 1,45735t1(kg/m3) = 998,8968

W(kg/s) =1,479w(kg/s)=0,10699

T12 (C)=105,75t12(C) =49

CpT12(J/kgK)=2057,73Cpt12(J/kgK)=4181,52

Q(J/s)=29529,10Q(J/s)=29529,10

DMLT=47,00

UD(W/K)=7259,95

Tabla 11. Calor, DMLT y UD en arreglo en paralelo

Altura rotmetro: 10FLUIDO CALIENTE, ANULOFLUIDO FRIO, TUBO

T1(C) =110,6t1(C)=16

T2(C) =102,8 t2(C) =95


T1(kg/m3) = 1,45735t1(kg/m3) = 998,8968

W(kg/s) =1,814w(kg/s)=0,08832

T12 (C)=106,7t12(C) =55,50000

CpT12(J/kgK)=2062,00Cpt12(J/kgK)=4182,29

Q(J/s)=29181,97Q(J/s)=29181,97

DMLT=34,78

UD(W/K)=9695,67

Tabla 12. Calor, DMLT y UD en arreglo en paralelo Arreglo en contracorrientePresin: 8 psi Altura rotmetro: 30FLUIDO CALIENTE, ANULOFLUIDO FRIO, TUBO

T1(C) =103,4t1(C)=16

T2(C) =93,1 t2(C) =54


T1(kg/m3) = 1,18648t1(kg/m3) = 998,8968

W(kg/s) =1,171w(kg/s)=0,15378

T12 (C)=98,25t12(C) =35

CpT12(J/kgK)=2026,18Cpt12(J/kgK)=4183,02

Q(J/s)=24443,33Q(J/s)=24443,33

DMLT=62,23

UD(W/K)=4539,52

Tabla 13. Calor, DMLT y UD en arreglo en contracorriente.Altura rotmetro: 25FLUIDO CALIENTE, ANULOFLUIDO FRIO, TUBO

T1(C) =102,8t1(C)=16

T2(C) =94,5 t2(C) =60


T1(kg/m3) = 1,16594t1(kg/m3) = 998,8968

W(kg/s) =1,446w(kg/s)=0,13225

T12 (C)=98,65t12(C) =38

CpT12(J/kgK)=2027,77Cpt12(J/kgK)=4182,35

Q(J/s)=24337,06Q(J/s)=24337,06

DMLT=58,86

UD(W/K)=4778,52


T1(C) =103,9t1(C)=16

T2(C) =98,4 t2(C) =63


T1(kg/m3) = 1,20383t1(kg/m3) = 998,8968

W(kg/s) =2,136w(kg/s)=0,12181

T12 (C)=101,15t12(C) =39,5

CpT12(J/kgK)=2037,94Cpt12(J/kgK)=4182,08

Q(J/s)=23942,72Q(J/s)=23942,72

DMLT=59,25

UD(W/K)=4670,09


T1(C) =102,1t1(C)=16

T2(C) =95,1 t2(C) =70


T1(kg/m3) = 1,14235t1(kg/m3) = 998,8968

W(kg/s) =1,702w(kg/s)=0,10699

T12 (C)=98,6t12(C) =43

CpT12(J/kgK)=2027,57Cpt12(J/kgK)=4181,65

Q(J/s)=24160,90Q(J/s)=24160,90

DMLT=52,11

UD(W/K)=5357,63


T1(C) =103,8t1(C)=16

T2(C) =101,5 t2(C) =81,5


T1(kg/m3) = 1,20035t1(kg/m3) = 998,8968

W(kg/s) =5,145w(kg/s)=0,08832

T12 (C)=102,65t12(C) =48,75

CpT12(J/kgK)=2044,23Cpt12(J/kgK)=4181,51

Q(J/s)=24190,66Q(J/s)=24190,66

DMLT=47,03

UD(W/K)=5944,66

Tabla 17. Calor, DMLT y UD en arreglo en contracorriente.Presin: 16 psi

Altura rotmetro: 30FLUIDO CALIENTE, ANULOFLUIDO FRIO, TUBO

T1(C) =112,1t1(C)=16

T2(C) =107,1 t2(C) =65


T1(kg/m3) = 1,51968t1(kg/m3) = 998,8968

W(kg/s) =3,037w(kg/s)=0,15378

T12 (C)=109,6t12(C) =40,5

CpT12(J/kgK)=2075,42Cpt12(J/kgK)=4181,93

Q(J/s)=31510,85Q(J/s)=31510,85

DMLT=66,70

UD(W/K)=5459,63


T1(C) =112,6t1(C)=16

T2(C) =105,4 t2(C) =76


T1(kg/m3) = 1,54092t1(kg/m3) = 998,8968

W(kg/s) =2,223w(kg/s)=0,13224

T12 (C)=109t12(C) =46

CpT12(J/kgK)=2072,60Cpt12(J/kgK)=4181,49

Q(J/s)=33180,08Q(J/s)=33180,08

DMLT=59,12

UD(W/K)=6485,60


T1(C) =112,3t1(C)=16

T2(C) =109,3 t2(C) =76


T1(kg/m3) = 1,52815t1(kg/m3) = 998,8968

W(kg/s) =4,895w(kg/s)=0,12181

T12 (C)=110,8t12(C) =46

CpT12(J/kgK)=2081,15Cpt12(J/kgK)=4181,49

Q(J/s)=30560,84Q(J/s)=30560,84

DMLT=60,38

UD(W/K)=5849,02


T1(C) =113t1(C)=16

T2(C) =109,4 t2(C) =93


T1(kg/m3) = 1,55809t1(kg/m3) = 998,8968

W(kg/s) =4,595w(kg/s)=0,10700

T12 (C)=111,2t12(C) =54,5

CpT12(J/kgK)=2083,08Cpt12(J/kgK)=4182,11

Q(J/s)=34455,48Q(J/s)=34455,48

DMLT=47,63

UD(W/K)=8360,44


T1(C) =113,1t1(C)=16

T2(C) =109,4 t2(C) =94


T1(kg/m3) = 1,56241t1(kg/m3) = 998,8968

W(kg/s) =3,738w(kg/s)=0,08832

T12 (C)=111,25t12(C) =55

CpT12(J/kgK)=2083,33Cpt12(J/kgK)=4182,20

Q(J/s)=28811,94Q(J/s)=28811,94

DMLT=46,81

UD(W/K)=7112,72

Tabla 22. Calor, DMLT y UD en arreglo en contracorriente.Tabla de resultados:

Altura Rotmetro/ Arreglo de flujo3025201510

Paralelo a 8psiUD(W/K)=3826,753556,585720,275692,869488,18

Paralelo a 16psiUD(W/K)=5307,055390,185436,487259,959695,67

Contracorriente a 8psiUD(W/K)=4539,524778,524670,095357,635944,66

Contracorriente a 16psiUD(W/K)=5459,636485,605849,028360,447112,72

Tabla 23. Coeficientes globales de transferencia de calor para cada altura de rotmetro, arreglo de flujo y presin.Los coeficientes globales de transferencia de calor se calcularon asumiendo que estos no variaban con la temperatura, es decir por medio de la DMLT, para esto se asumi que el calor entregado por el fluido caliente, era igual al recibido por el fluido frio, el calor se calcul as:

Con Q, la DMLT y el rea se despej el UD en cada caso.

Los clculos no se realizaron empleando temperaturas calricas, ya que durante aos no se haba hecho mantenimiento al equipo, lo cual generara grandes errores al calcular el coeficiente global limpio con el mtodo de Colburn, adems las mediciones de las temperaturas carecan de exactitud debido al instrumento que se empleaba para esto. Por tal razn no se pudo obtener el factor de obstruccin.

La siguiente grafica presenta la variacin de los coeficientes globales de transferencia de calor con la lectura del rotmetro, la cual es mayor cuando el caudal es mayor:

Grfica 1. Coeficientes globales de transferencia de calor a diferentes caudalesEn general, se observa que el coeficiente global de transferencia de calor disminuye a medida que aumenta el caudal, esto se debe a que al disminuir el flujo se genera un mayor delta de temperatura, por lo cual aumenta el calor, y a que tanto en paralelo como en contracorriente, la DMLT aumenta cuando aumenta el caudal, lo cual a su vez es consecuencia de que: En paralelo al aumentar el caudal, el delta de temperatura en el lado de la salida y en el lado de entrada aumenta. En contracorriente, al aumentar el caudal el delta de temperatura del lado fro y del lado caliente tambin aumenta.

Si se compara cada tipo de arreglo entre s a las diferentes presiones en las que se oper el equipo, se observa que cuando mayor es la presin, mayor es el coeficiente global de transferencia de calor, esto se debe a que cuando se aumenta la presin, el vapor entra a una mayor temperatura, por lo cual hay un mayor gradiente de temperatura y por ende mayor transferencia de calor, lo que conlleva a que aumente el UD.

Para comparar el arreglo en paralelo con el arreglo en contracorriente a la misma presin, debe tenerse en cuenta que: En contracorriente, cuando aumenta la presin el delta de temperatura al lado caliente disminuye, y el delta de temperatura en el lado frio aumenta, lo cual hace que la DMLT aumente. En paralelo, el delta de temperatura a cada extremo aumenta cuando aumenta la presin, lo que hace que la DMLT aumente. En paralelo, el delta de temperatura a la salida es menor que el delta de temperatura del lado frio en contracorriente, lo que hace que la DMLT sea mayor en contracorriente que en paralelo. La relacin entre la DMLT y el UD es inversamente proporcional. La DMLT aumenta cuando aumenta el caudal. Al aumentar el caudal la temperatura del fluido frio a la salida disminuye, por ende el delta de temperatura del fluido frio aumenta.Con estos factores, se puede decir que al ser mayor la DMLT para fluido en contracorriente que en paralelo, el calor tendr que ser lo suficientemente grande para que UD sea mayor en contracorriente que en paralelo a una misma presin, lo cual se cumple para caudales altos, es por esta razn que se observa que en los caudales ms altos el UD es mayor para el arreglo en contracorriente, y para caudales bajos es mayor para el arreglo en paralelo.

Perfiles de temperatura en contracorrienteEn la prctica se tomaron las temperaturas a lo largo del intercambiador para el arreglo de flujo en contracorriente, los resultados obtenidos se presentan en las siguientes grficas, las cuales corresponden a los perfiles de temperatura del fluido caliente que iba por el lado de la coraza, no es posible tener los perfiles del fluido frio ya que no era posible obtener estas temperaturas.

Grfica 2. Perfil de temperatura para flujo en contracorriente a 8 psi.

Grfica 3. Perfil de temperatura para flujo en contracorriente a 16 psi.

Como se observa en las grficas si disminuye el caudal del fluido frio, mayores son las temperaturas del fluido caliente a lo largo del intercambiador, esto se debe a que al tener menor masa de fluido frio, el fluido caliente se enfra menos. Se evidencia que a medida que aumenta la distancia de la entrada del fluido caliente, la temperatura va disminuyendo debido al calor que se va transfiriendo, lo cual coincide con los perfiles de temperatura tericos. Como se haba mencionado anteriormente, al aumentar la presin el vapor entra a una mayor temperatura, por lo cual se observa que los perfiles de temperatura de la presin 8 psi estn por debajo de la presin 16 psi.

CONCLUSIONES

El delta de temperatura del fluido frio es mayor cuando aumenta la presin y disminuye el caudal, ya que al tener mayor presin, mayor es la temperatura de entrada del vapor, lo que permite que los gradientes de temperatura sean mayores y haya una mayor transferencia de calor. El aumento de la transferencia de calor cuando se opera en contracorriente se debe a que se obtiene una DMLT mayor, no porque se tenga un UD mayor. Para tener mayores coeficientes globales de transferencia de calor operando a contracorriente, se deben tener caudales altos para que el calor sea lo suficientemente grande y el UD sea mayor en contracorriente que en paralelo a una misma presin. Para cada caudal el delta temperatura del fluido frio es mayor para contracorriente que en paralelo, lo cual corrobora que en arreglo en contracorriente se obtiene mayor transferencia de calor.

BIBLIOGRAFA engel Y. A. &Cimbala J. M. (2011). Transferencia de calor y masa. Mxico, D.F.: McGraw-Hill/Interamericana Editores. Kern, Donald Q. (1999). Procesos de transferencia de calor. McGraw-Hill Book Co.

Intercambio de calor y ajuste de parametrosSaraDavidMauricio

Mara PaulaLorenaEstebanPurgar la Lnea del Vapor

Se vario el flujo del rotmetro 5 veces?

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Abrir las vlvulas manuales del paso del vapor al intercambiador y mantenerla cte

Abrir las vlvulas de paso de agua de tal forma que se adapte al arreglo deseado (paralelo o contracorriente)

Abrir flujo de agua y ajustarlo en un valor deseado (15-25 GPH del rotametro)

Se trabajo con los dos arreglos paralelo y contracorriente?

No

Si

Fin

Si

No

Recoger el Condensado y medir su temperatura

Medir la temperatura de entrada de los fluidos

Medir la temperatura de salida del vapor

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