Práctica 1 - IC de Flujo Turbulento

8/17/2019 Práctica 1 - IC de Flujo Turbulento

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Laboratorio de Ingeniería de alimentos II – Facultad de Ciencias Químicas – UNA 1

Practica 1: Intercambiador de Calor de Flujo Turbulento

Vera, Patricia; ara, Claudia; !eníte", Larissa; #intel, Ale$andra; Fern%nde", &aren; Adri%n, &arina; 'era(ini,

)ugo; 'era(ini, Andrea; *s+ínola, I%n-

Resumen -- Se determinó el coeficiente general de

transferencia de calor para flujo turbulento apartir de los valores de transferencia de calor y

diferencia logarítmica de temperatura media

para comparar con el obtenido a partir de

correlaciones y a su ve! contrastar los valores

obtenidos de coeficientes general de transferencia

de calor para flujos en contracorriente y co"

corriente# Se demostró $ue las correlaciones se

desvían ligeramente del valor real para flujos en

contracorriente y varían a%n m&s para flujos en

co"corriente comprob&ndose adem&s $ue el

coeficiente global es mayor para flujos en

contracorriente#

I- IN#./0UCCI/N

l intercambiador de calor m%s sim+le es auel

en ue los (luidos calientes 2 (ríos se mueen

en la misma direcci3n o en direcciones o+uestas en

una construcci3n de tubos conc4ntricos, nos +ermite

el estudio de la trans(erencia de calor entre el agua

caliente ue circula +or un tubo interno 2 el agua (ría

ue circula +or la "ona anular entre el tubo interno 2

el tubo e5terno 617-

*

Centramos nuestra atenci3n en el +roblema de

calcular la trans(erencia de calor +ara ealuar el

(uncionamiento de un intercambiador de calor de

(lu$o turbulento, la di(erencia logarítmica de

tem+eratura media la cual re(le$a el decaimiento

e5+onencial de la di(erencia de tem+eratura local 687

2 el coe(iciente general de trans(erencia de calor en

(lu$o turbulento-

*l an%lisis de (lu$os turbulentos es m%s com+le$o,

+or lo tanto, se utili"an las correlaciones em+íricas

+ara reali"ar com+araciones entre los coe(icientes de +elículas determinados dentro 2 (uera del tubo 2 el

e(ecto de la elocidad del (luido en estos-

Los gr%(icos de distribuci3n de tem+eratura en

relaci3n a la +osici3n en el intercambiador de calor

se reali"an +ara obserar el com+ortamiento de la

trans(erencia de calor entre los (luidos en (lu$os

+aralelos 2 o+uestos-

II. 9A#*.IAL*' : 9*#/0/L/IA

1- 0escri+ci3n de la instalaci3n

Las mediciones se reali"aron en una instalaci3n

e5+erimental +re(abricada +or *dibon '-A-, *s+aer

Ane5o?-

*n la unidad de trans(erencia de calor de agua=

agua de (lu$o turbulento el intercambiador de calor

@a sido diidido en tres secciones se+arando la

corriente (ría 2 la caliente en dos +untos intermedios-

*sto +ermite ue se midan las condiciones de

tem+eratura intermedia-

Adem%s de medir las tem+eraturas de la corriente

en la entrada, en la salida 2 en los +untosintermedios tambi4n se mide la tem+eratura de la

+ared de metal ue se+ara las corrientes-

Por medio del em+leo del Indicador de

#em+eraturas del Calentador, se +rocedi3 a la

medici3n de tem+eraturas en los +untos detallados a

continuaci3n

1- Pared del metal a la entrada > ?-

8- Pared del metal a la salida > ?-

B- Corriente caliente en la entrada > ?-

- Corriente caliente intermedia 1D > ?-

E- Corriente caliente intermedia 8D > ?-

- Corriente caliente en la salida > ?-

G- Corriente (ría en la salida > ?-

H- Corriente (ría intermedia 1D > ?-

- Corriente (ría intermedia 8D > ?-

1J- Corriente (ría en la entrada > ?-

9ediante la inersi3n del (lu$o de la corriente (ría

se +uede establecer 2 medir un (lu$o contra corriente

2 un (lu$o concurrente- Cuando se reali"a dic@a

inersi3n se inierte la entrada de la corriente (ría

+or la salida de la misma-

8- *nsa2os reali"ados

'e reali"aron en total 18 ensa2os ariando el

caudal de (lu$o del agua caliente > ensa2os (ueron

Pro(esrores I- Q- 9ario 'midt; I- Q- *duardo 'andoal-


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en contra corriente, 2 los restantes en (lu$o

concurrente?, se mantuo constante el (lu$o de agua

(ría-

*l rango de ariaci3n de este +ar%metro se

+resenta en la #abla 1-

#abla 1- .ango de condici3n de o+eraci3n +ara

los ensa2os e5+erimentales

Par&metro de ensayo'ango de

Funcionamiento

Flu$o de agua caliente

>LKmin?1,8=

B- 0eterminaciones *5+erimentales

B-1- 0eterminaci3n de la tasa de trans(erencia de

calor, di(erencia logarítmica de tem+eratura media 2

coe(iciente general de trans(erencia de calor-

0eterminaci3n de la tasa de trans(erencia de calor

@acia el (luido (rio-

>1?

>8?

Luego se determina la tasa de trans(erencia de

calor desde el (luido caliente-

>?

>E?

: +or ltimo se determina el calor +erdido

>?

'e +rocede a la determinaci3n de la di(erencia

logarítmica de tem+eratura media mediante lasiguiente ecuaci3n-

△ >G?

△ >H?

△ >?

'e determina el coe(iciente general de

trans(erencia de calor mediante

0*#I 0i%metro e5terno del tubo interno-

0I#I 0i%metro interno del tubo interno-

0I#* 0i%metro interno del tubo e5terno-

0i%metro medio-

>1J?

>11?

>18?

B-8- 0eterminaci3n del coe(iciente de trans(erencia

de calor de su+er(icie dentro 2 (uera del tubo 2 el

e(ecto de la elocidad del (luido en estos-

Correlaciones-

'e determina el coe(iciente de +elícula en la

su+er(icie interna del tubo central

>1B?

△ >1?

△ >1E?

△ >1?

>1G?

Luego se determina el coe(iciente de +elícula en

la su+er(icie e5terna del tubo central

>1H?

△ >1?

△ >8J?

△ >81?

>88?

: a +artir de estos c%lculos, se determina el

coe(iciente global de trans(erencia de calor mediante

la ecuaci3n

>8B?



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B-B- 'e determinan los coe(icientes de +elícula

utili"ando correlaciones

'e calcula el r4gimen de (lu$o en los tubos-

>8?

>8E?

>8?

>8G?

'e determinan los alores adimensionales de

, , , a la tem+eratura

media corres+ondiente al (luido caliente 2 (luido

(rio, a +resi3n atmos(4rica-

B-B-1- *stimaci3n de los coe(icientes de +elícula en

el tubo interno

B-B-1-1- Correlaci3n de Colburn

>8H?

>8?

B-B-1-8- Correlaci3n de 0ittus=!oelter

>BJ?

>B1?

B-B-1-B- Correlaci3n segunda de PetuM@o

>B8?

>BB?

>BB?

B-B-1-- Correlaci3n modi(icada de nielinsMi

>BE?

>B?

B-B-8- *stimaci3n de los coe(icientes de +elícula en

el tubo e5terno

>BG?

>BH?

III- .*'UL#A0/' : 0I'CU'I/N

*n las #ablas 8 2 B >er Ane5o? se registr3 los

resultados obtenidos en los e5+erimentos de

trans(erencia de calor en (lu$o turbulento circulando

los (luidos en contra corriente 2 en co=corriente; se

obser3 alores de (lu$o m%sico del (luido caliente,

coe(icientes de +elícula +ara la +arte e5terna e

interna del tubo central determinados

e5+erimentalmente, coe(iciente global de

trans(erencia de calor determinados a +artir de los

alores de calor trans(erido +or el (luido caliente, así

como tambi4n de los obtenidos a +artir de losalores de los coe(icientes de +elícula, se obser3

tambi4n alores de coe(iciente de +elícula obtenidos

a +artir de correlaciones-

*n las #ablas 2 E >er Ane5o? se detall3 los

alores de tasa de calor desde el (luido caliente 2

@acia el (luido (rio; la tasa de calor +erdido 2 la

di(erencia logarítmica de tem+eratura media, +udo

obserarse su relaci3n 2 tendencia con res+ecto a la

ariaci3n de (lu$o m%sico del (luido caliente

*aluando los alores de coe(iciente global de

trans(erencia de calor obtenidos a +artir del calor



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trans(erido +or el (luido caliente 2 los obtenidos a

+artir de los alores de coe(iciente de +elícula con

res+ecto a la ariaci3n del (lu$o m%sico se obser3

ue tienen la tendencia de aumentar a medida ue

aumenta el (lu$o m%sico del (luido caliente

manteniendo constante el (lu$o m%sico del (luido

re(rigerante, tambi4n se +udo obserar ue los

alores de coe(iciente de trans(erencia global eran

bastante +r35imos calculando +or uno u otro

m4todo- Lo mencionado +uede isuali"arse en las

Figuras 8 2 B >er Ane5o?-

Con res+ecto a los aleres de coe(iciente de

+elícula obtenidos a +artir de correlaciones se

obser3 ue son bastante +recisos entre

correlaciones, aunue se ale$aban un +oco de los

alores e5+erimentales- *n relaci3n al coe(iciente de

+elícula de la su+er(icie interna del tubo central la

correlaci3n ue m%s se acerc3 al alor e5+erimental

2 +or lo tanto el m%s ace+table (ue la correlaci3n dePetuMno- *n cuanto a los alores de coe(iciente de

+elícula de la su+er(icie e5terna del tubo central, los

alores e5+erimentales 2 los obtenidos +or la

correlaci3n +ara tubos anulares se ieron bastante

ale$ados entre ellos, esto +udo deberse a ue la

correlaci3n se encuentra en (unci3n a ariables del

(luido ue cambian mu2 +oco con res+ecto a la

tem+eratura, sobre todo +ara el agua >conductiidad,

(río?, esta ariaci3n en la +recisi3n se @i"o todaía

m%s eidente en el e5+erimento en co=corriente-

Com+arando los coe(icientes globales detrans(erencia de calor obtenidos a +artir del calor

trans(erido 2 de los coe(icientes de +elícula +ara los

e5+erimentos en contra corriente 2 en co=corriente

+ara un mismo (lu$o m%sico de (luido caliente >er

tablas 1 2 8 del Ane5o?, se +uede obserar ue los

mismos son ma2ores +ara el +rimer caso- *sto a su

e" se debe a ue, aun manteniendo constantes las

condiciones de entrada 2 salida 2 las tasas de (lu$o,

el cambio en la con(iguraci3n ocasiona una

ariaci3n en la di(erencia media logarítmica de

tem+eraturas, siendo este alor ma2or +ara la

con(iguraci3n en contra corriente, lo ue e5+lica ladi(erencia entre ambos coe(icientes globales, este

e(ecto se obsera en las Figuras 2 E >er Ane5o?-

IV- C/NCLU'I/N*'

'e determin3 la tasa de trans(erencia de calor

entre el (luido caliente 2 el (luido re(rigerante, se

obser3 ue en general tanto la tasa de calor @acia el

(luido (rio 2 desde el (luido caliente aumentan a

medida ue se aumenta el (lu$o m%sico del (luido

caliente manteniendo constante el (lu$o de (luido

re(rigerante, así tambi4n se determin3 el aumento en

el alor de la di(erencia logarítmica de tem+eratura

media con res+ecto al aumento en el (lu$o m%sico de

caliente, tanto +ara el e5+erimento en contra

corriente 2 en co=corriente-

*n cuanto al coe(iciente global de trans(erencia

de calor, 4ste aumenta en el sentido en ue se

aumenta (lu$o m%sico del (luido caliente

manteniendo constante el (lu$o de (luido

re(rigerante, lo ue indicaría ue la trans(erencia de

calor es m%s e(ectia a ma2ores alores de (lu$o

m%sico >con igual alide" con res+ecto a la

elocidad o .e2nolds?- Los alores obtenidos a

+artir de la tasa de calor son bastante +r35imos con

relaci3n a los obtenidos a +artir de los coe(icientes

de +elícula, +or lo ue cualuiera de los m4todos de

c%lculo es %lido +ara su estimaci3n-

'e calcularon los alores de coe(iciente de

+elícula a +artir de la tasa de calor 2 a +artir de

correlaciones, obser%ndose cierta concordanciaentre esos alores- Los alores obtenidos +or

correlaci3n son mu2 cercanos entre ellas, +or lo ue

+uede decirse ue cualuiera de las correlaciones

estudiadas es %lida +ara reali"ar una estimaci3n- La

correlaci3n de PetuMno (ue la ue m%s se acerc3 a

los alores obtenidos a +artir de la tasa de calor-

*n lo ue a las con(iguraciones res+ecta,

com+arando los coe(icientes globales de

trans(erencia de calor +ara intercambiadores de calor

en contra 2 co=corriente manteniendo constantes las

condiciones de entrada 2 salida, así como las tasasde (lu$o, se obser3 ue los mismos son ma2ores

+ara la +rimera con(iguraci3n; +or lo tanto se

conclu2e ue la dis+osici3n en contra corriente es

m%s coneniente-

V- .*F*.*NCIA'

617 F- P-Incro+era, 0- P- 0e itt- Fundamentos de

Transferencia de Calor - *ditorial Prentice )all,

Atlacomulco, 945ico, ta edici3n, 1-

687 :- A- Cengel- Transferencia de Calor - *ditorial

9c raO )ill, 945ico, 'egunda *dici3n, unio

8JJ-



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VI- AN*/

Figura 1- *suema de la unidad de trans(erencia de calor de agua=agua de (lu$o turbulento


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#abla 8- .esultados obtenidos +ara el e5+erimento en contra corriente

Flu$o m%sico (luido caliente >MgKs?

Contra corriente

J,1H J,JH1 J,J88 J,JE J,JB J,J8

Coe(iciente de +elícula en la su+er(icieinterior del tubo central

@i >Km8DC? 18B 11E8 H8HB H8GG EH1 JH

Coe(iciente de +elícula en la su+er(iciee5terior del tubo central

@o >Km8DC? HJ H8E GJH EG8 HEH BEB

Coe(iciente global de trans(erencia de

calor a +artir del calor trans(erido

U >Km8DC? E8J G8H BHJ BGGB 8H 8BHE

Coe(iciente global de trans(erencia de

calor a +artir de @i 2 @oU* >Km8DC? EBHE HBE BJE BB B1H 8G1

Coe(iciente de +elícula +or correlaci3n>Colburn?

@iC >Km8DC? 18JB BE EEE8 EG8 BH18 8H

Coe(iciente de +elícula +or correlaci3n>0itus=!oelter?

@i0! >Km8DC? 18BH J88 EBB EE1 BGB 8G

Coe(iciente de +elícula +or correlaci3n>nielisMi?

@i >Km8DC? 1H 1JE E8 1GE BB 8H1

Coe(iciente de +elícula +or correlaci3n>PetuMno?

@iP >Km8DC? 1E81 11,J81 BH E1 BBEE

Coe(iciente de +elícula +or correlaci3n

>tubo anular?@oC >Km8DC? 8818 881B 881B 881 881B 881


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#abla B- .esultados obtenidos +ara el e5+erimento en co=corriente-

Flu$o m%sico (luido caliente >MgKs?

*5+erimento en Co=corriente

J,1GG J,11H J,JH1 J,JJE J,JE J,JB

Coe(iciente de +elícula en la su+er(icieinterior del tubo central @i >Km8DC? JB HHJ EG GH GEH EH

Coe(iciente de +elícula en la su+er(iciee5terior del tubo central @o >Km

8DC? 1J1G 1JB1 J HJJJ HBH G1E

Coe(iciente global de trans(erencia decalor a +artir del calor trans(erido U >Km

8DC? 8E B8J 88 BHJ BGE BJJ

Coe(iciente global de trans(erencia decalor a +artir de @i 2 @o U* >Km8DC? HH8 HJ1 E8 B1 BHB B8G

Coe(iciente de +elícula +or correlaci3n>Colburn? @iC >Km

8DC? 1B8G 11JBH HEEJ EHBB E8 JGE

Coe(iciente de +elícula +or correlaci3n>0itus=!oelter? @i0! >Km

8DC? 18G 1JBJ H88 EB EG8B B

Coe(iciente de +elícula +or correlaci3n>nielisMi? @i >Km8DC? 1E1G 18J 81 BH 8J

Coe(iciente de +elícula +or correlaci3n>PetuMno? @iP >Km

8DC? 1EEE 18HB HH GJH H1B H

Coe(iciente de +elícula +or correlaci3n>tubo anular? @oC >Km

8DC? 8888 888 8888 888J 8888 8881


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*5+erimento en Co=corriente

Flu$o m%sico (luido caliente 6MgKs7 mi J,1GG J,11H J,JH1 J,JJE J,JE J,JB

#asa de calor desde el (luido caliente 67 Qcaliente 818 8BE8 8GGE 8GJ 8EGB 811

#asa de calor @acia el (luido (rio 67 Q(rio 8GGH 8HH 8GG 8GBB 8H8B 8GG

#asa de calor +erdido 67 Q + 1 E1, H,JG 8,1 8EJ,1 BEE,

0i(erencia logarítmica de tem+eratura media 6DC7 R#ml 1G,EE 1H,H 8J,B 8,8H 8B,HH 8G,H

*5+erimento en Contra=corriente

Flu$o m%sico (luido caliente 6MgKs7 mi J,1GG J,11H J,JH1 J,JJE J,JE J,JB

#asa de calor desde el (luido caliente 67 Qcaliente 81 8EEG 8EGB 81 81BB 8J8

#asa de calor @acia el (luido (rio 67 Q(rio 8GGH 8HH 88J 8HBE 8E1 8EGE

#asa de calor +erdido 67Q + 11G, 1B1, G,8 88J,E JG, H8,G

0i(erencia logarítmica de tem+eratura media 6DC7 R#ml 1G,EB 1H,HE 8B,8 8,1E 8E,E BJ,E

#abla - .esultados obtenidos +ara el e5+erimento en Co=corriente

#abla E- .esultados obtenidos +ara el e5+erimento en Contracorriente


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Figura 8- Variaci3n del coe(iciente global de trans(erencia de calor con res+ecto al (lu$o m%sico

del (luido caliente manteniendo constante el (lu$o m%sico del (luido re(rigerante, +ara el

e5+erimento en contra corriente-


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Figura B- Variaci3n de los coe(iciente globales de trans(erencia de calor con res+ecto al (lu$om%sico del (luido caliente manteniendo constante el (lu$o m%sico del (luido re(rigerante, +ara

el e5+erimento en co=corriente-


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Figura - 0istribuci3n de tem+eraturas del (luido (río, (luido caliente 2 +ared met%lica +ara la

con(iguraci3n en co=corriente


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Figura E- 0istribuci3n de tem+eraturas del (luido (río, (luido caliente 2 +ared

met%lica +ara la con(iguraci3n en contra corriente

Práctica 1 - IC de Flujo Turbulento

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