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.

INTERCAMBIADOR DE CALOR TUBULARES

(A) DOBLE TUBO

(B) CARCASA Y TUBO

(C) TUBO EN U

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

INTERCAMBIADORES DE CALOR TIPO PLACA

Placa Empacada

Espiral

INTERCAMBIADORES DE CALOR SUPERFICIE EXTENDIDA

Tubos Aletados

INTERCAMBIADORES DE CALOR ROTATORIOS

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

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

FACTORES DE RESISTENCIA POR ENSUCIAMIENTO

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Selector de Termocuplas

Rotámetros

Doble Tubo

Cámara de Mezcla

Caldera

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.