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Instituto Politcnico Nacional Escuela Superior de Ingeniera Qumica e Industrias Extractivas

Instituto Politcnico Nacional Escuela Superior de Ingeniera Qumica e Industrias Extractivas

Prctica Tubos Concntricos

Integrantes Emicente Proa Itzel N. Moreno Perea Juan Reyes Santamara Ansony Yozhimar Vzquez Reyes Abraham Elier Zamorano Fuentes Christian Alejandro

Transferencia de Calor

7 de Mayo de 2013

1. Objetivos

Conceptuales

Determinar la eficiencia trmica del equipo Analizar el comportamiento del intercambiador de calor a diferentes condiciones de operacin. Aprender a operar el equipo de tubos concntricos. Determinar el coeficiente globar de transferencia de calor experimental.

2. Marco Terico

Unintercambiador de calores un dispositivo diseado para transferircalorentre dos medios, que estn separados por una barrera o que se encuentren en contacto. Son parte esencial de los dispositivos derefrigeracin,acondicionamiento de aire, produccin deenergay procesamientoqumico.

Los intercambiadores de calor pueden clasificarse segn como sea: Intercambiadores de contacto directo:son aquellos dispositivos en los que los fluidos sufren una mezcla fsica completa.

Intercambiadores de contacto indirecto:

Alternativos:ambos fluidos recorren un mismo espacio de forma alternada, la mezcla entre los fluidos es despreciable. De superficie:son equipos en los que la transferencia de calor se realiza a travs de una superficie, cilndrica o plana, sin permitir el contacto directo.

Superficies extendidas

Al hablar de superficie extendida, se hace referencia a un slido que experimenta transferencia de energa por conduccin dentro de sus lmites, as como transferencia de energa por conveccin e (y/o radiacin) entre sus lmites y los alrededores.

La aplicacin ms frecuente es aquella en la que se usa una superficie extendida de manera especfica para aumentar la rapidez de transferencia de calor entre un slido y un fluido contiguo, Las aletas se usan cuando el coeficiente de transferencia de calor por conveccin h es pequeo.Cuando a una superficie de transferencia de calor se le agregan pedazos de metal sobre ella, estos aumentan la superficie disponible para la transmisin con el consiguiente aumento del intercambio de calor. A estos pedazos metlicos se les conoce con el nombre de aletas. Estas pueden ser de muchos tipos, siendo las ms usadas, las longitudinales, las transversales y las acuadas.

Tipos de aletas

Aletas longitudinales: Se utilizan en intercambiadores de tubos concntricos y de camisa y tubos (sin chicanas), cuando uno de los fluidos es viscoso y escurre en rgimen laminar.

Aletas transversales: Usadas ampliamente para el calentamiento o enfriamiento de gases en flujo cruzado.

5. Tablas de Datos Experimentales

Tabla de datos experimentales

Gmagua= 20 l/min Pv=0.6 Kg/cm2Datos Experimentales

TermoparTiempo 1Tiempo 2Tiempo 3Tiempo 4Promedio

1. (Agua Caliente)4950515150.25

2. (Agua fra)4950515150.25

3. (lnea de Vapor)103103103103103

4. (salida del Aire)4343444543.75

5. (Agua Caliente)5351515352

Anemmetro Temperatura Salida Aire C36.937.237.738.337.52

Anemometro Velocidad del aire 3.2m/s3.3m/s3.3m/s3.4m/s3.3m/s

Tabla de Datos del Equipo

di (m)de(m)Di (m)L total(m)L de aletas (m)Nbb (m)eb (m)

0,035910,041140,0721,8561,436240,012310,00139

Nb: Numero de aletas en un solo tubo interno b: Altura de la aleta eb: Espesor de la aleta di: Dimetro interior del tubo interior de: Dimetro exterior del tubo interior Di: Dimetro interior del tubo exterior

Tabla de Datos de los fluidos

SustanciaDensidad[Kg/m3]Cp [Kcal/Kg OC] [Kg/mh]K [Kcal/mhOC]

Agua986.650.9941.89180.5

Aire1.1360.2400.0686340.02274

Secuencia de Clculos (para la primera corrida)

1. Gasto masa del aire.

2. Calculo del calor transferido.

3. Calculo del coeficiente global de transferencia de calor experimental referido al rea interna.

4. Calculo del dimetro equivalente.

5. Calculo del nmero de Reynolds (Re).

6. Calculo del coeficiente de pelcula del aire referido al rea del anulo (valor ledo en grafica Jf).

7. Con el valor obtenido de hf se entra a grfica y obtenemos el valor de hfi.

8. Calculo del coeficiente de pelcula interno referido al rea interna.

9. Como es flujo turbulento.

10. Calculo del coeficiente de transferencia de calor terico.

11. Calculo de la eficiencia trmica de la aleta.

12. Calculo del porciento de desviacin.

Datos Experimentales

Tabla de datos experimentales

Gmagua= 30l/min Pv=0.6 Kg/cm2Datos Experimentales

TermoparTiempo 1Tiempo 2Tiempo 3Tiempo 4Promedio

1. (Agua Caliente)5252535352.5

2. (Agua fra)5252525252

3. (lnea de Vapor)103103103103103

4. (salida del Aire)4347484846.5

5. (Agua Caliente)5355545153.25

Anemmetro Temperatura Salida Aire C40.440.540.840.940.65

Anemometro Velocidad del aire 4.5m/s4.5m/s4.6m/s4.7m/s4.57m/s

Secuencia de Clculos (para la primera corrida)

13. Gasto masa del aire.

14. Calculo del calor transferido.

15. Calculo del coeficiente global de transferencia de calor experimental referido al rea interna.

16. Calculo del dimetro equivalente.

17. Calculo del nmero de Reynolds (Re).

18. Calculo del coeficiente de pelcula del aire referido al rea del anulo (valor ledo en grafica Jf).

19. Con el valor obtenido de hf se entra a grfica y obtenemos el valor de hfi.

20. Calculo del coeficiente de pelcula interno referido al rea interna.

21. Como es flujo turbulento.

22. Calculo del coeficiente de transferencia de calor terico.

23. Calculo de la eficiencia trmica de la aleta.

24. Calculo del porciento de desviacin.

Conclusiones

Reyes Santamara Ansony Yozhimar

Mediante las series de clculos realizados podemos observar que conforme los gastos aumentan el coeficiente global de transferencia de calor U entre ms alto sea este coeficiente mejor ser la capacidad para transferir calor, tambin existe un alto porcentaje de desviacin esto se debe a que no se pueden controlar todos los parmetros como el de la presin, el factor de incrusta miento, etc.El coeficiente de pelcula interno aumenta conforme se aumenta el gasto que se manipulo mediante un rotmetro, no as con la presin que vara en todo el sistema ya que tenemos perdidas de presin por los accesorios que despreciamos y tambin al entrar el fluido al intercambiador de calor existe una variacin de presin y del Reynolds al chocar nuestro fluido con las aletas del equipo de transferencia de calor lo cual por lo general se vuelve un flujo turbulento. La variacin del nmero de Reynolds en funcin del gasto es que si se aumenta el gasto el fluido tendera a un estado turbulento.De igual forma podemos ver que la intensidad en la transferencia de calor media disminuye principalmente debido a las siguientes causas: Disminucin de la porcin ms efectiva de superficie que esta expuesta perpendicularmente al flujo (superficie del tubo) y por consiguiente el aumento de la superficie menos efectiva que esta expuesta paralelamente al flujo (superficie de las aletas); Aumento del espesor de la capa lmite en la aleta al hacer mayor su altura; Disminucin de la superficie de la aleta ocupada por la zona de separacin y recirculacin, en la cual la transferencia de calor por lo general es ms alta en comparacin con los valores totales en la aleta.Existi una desviacin elevada en cuanto a los valores de coeficientes de calor obtenidos: terico-Experimental, esto debido a factores que afectaron a los datos obtenidos mediante la realizacin de la experimentacin.

Zamorano Fuentes Christian Alejandro

Se comprendi como operan las superficies extendidas en los intercambiadores de calor. Se demostraron las ventajas que ofrecen los intercambiadores aletados, mediante el clculo del coeficiente total de transferencia de calor. Cuando a una superficie de transferencia de calor se le agregan pedazos de metal sobre ella, estos aumentan la superficie disponible para la transmisin con el consiguiente aumento del intercambio de calor. En la experimentacin que se llevo a cabo no se present la transferencia de calor esperada, sin embargo los resultados obtenidos hacen aceptable la operacin del equipo.Los factores que pudieron haber afectado nuestra experimentacin, se podra mencionar que fueron: la falta de mantenimiento del equipo, ya que la lnea de vapor no estaba completamente lista para operar.Con nuestros datos obtenidos mediante la realizacin de los respectivos clculos podemos ver que para incrementar la eficiencia trmica de las superficies de intercambio de calor en las cuales uno de los fluidos es un vapor y por lo tanto tiene lugar una baja densidad del flujo trmico, es necesario intensificar la transferencia de calor.Conforme aumenta el grado de turbulencia o para este caso el flujo dentro del intercambiador de calor, la velocidad de transferencia, como el calor transferido es mayor, aumenta, perdindose calor, por lo tanto es menos efectiva.Aun que el equipo muestra una muy buena eficiencia existen perdidas de calor de esto depende el material con el que sean fabricadas las aletas al igual que del factor de incrusta miento.

Vzquez Reyes Abraham Elier.La operacin y los clculos del intercambiador de calor de tubos aletados o intercambiador de calor de superficies extendidas nos ayudo a comprender las ventajas que este nos ofrece. Por ejemplo el que este intercambiador de calor tenga unas placas de metal adheridas al tubo nos ayuda al aumento de rea de transferencia de calor por lo tanto aumenta el intercambio de calor.Aunque los clculos obtenidos no fueron muy correctos pero en ellos se puede comprobar lo anteriormente dicho ya que nuestra eficiencia se encuentra entre los lmites permitidos.Algunos factores que nos pudieron impedir tener unos mejores datos y por lo tanto unos mejores resultados fueron: La lnea de vapor no tena bastante presin, por lo tanto nos variaba mucho la presin y podra ya traer condensado. Durante la experimentacin el tanque de alimentacin a la bamba se quedo sin liquido y esto nos provoco una variacin en el rotmetro.

Al termino de los clculos podemos observar que para incrementar la eficiencia trmica de las superficies de intercambio de calor en las cuales uno de los fluidos es un vapor y por lo tanto tiene lugar una baja densidad del flujo trmico, es necesario intensificar la transferencia de calor y al aumenta el flujo dentro del intercambiador de calor, la velocidad de transferencia, como el calor transferido es mayor, aumenta, perdindose calor, por lo tanto es menos efectiva.