DEMOSTRACIÓN DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR EN UN INTERCAMBIADOR DE CALOR

PRACTICA 6: DEMOSTRACIÓN DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR EN UN INTERCAMBIADOR DE CALOR

INTRODUCCIÓN:

El intercambiador de calor  de “Coraza y tubos” es de los más comúnmente usados en los procesos de la industria de alimentos y química. Este tipo de intercambiador consiste en un  cierto número de tubos en paralelo encerrados dentro de una coraza cilíndrica. El calor se transfiere entre un fluido que circula por dentro de los tubos y otro que circula por fuera de los tubos pero dentro de la coraza cilíndrica. El I.C. de coraza y tubos cuenta con “bafles” que incrementan la velocidad del fluido y por tanto, la tasa de transferencia de calor.

Cualquier deferencia de temperaturas a través de la pared metálica del tubo, resultará en la transferencia de calor entre las dos sustancias que circulen. El fluido caliente que circule por dentro de los tubos se enfriará y el fluido frío que circule por fuera de ellos se calentará. De manera que se tendrían los siguientes cambios de temperatura:

Reducción de temperatura del fluido caliente:  ΔTcaliente = Tce –Tcs 

Aumento de temperatura del fluido frío:  ΔTfrío = Tcs –Tce 

Dado que un Intercambiador de calor es un sistema abierto, la 1ª. Ley de la Termodinámica indica que entre ambos fluidos se establece un Balance de energía, en el que todo el calor que pierde un fluido lo gana el otro, de manera que se cumple  -Qcaliente = Qfrio, donde:

El calor emitido por el fluido caliente  -Qcaliente =  mc (hce – hcs)     ,y

El calor absorbido por el fluido frío   Qfrio = mf (hfs – hfe)      

                                            si c= fluido caliente y f = fluido frío, s= salida  y    e= entrada

Expresando con Calores específicos:  -Qcaliente = mc*Cc (Tce –Tcs)         y    Qfrio = mf*Cf(Tfs –Tfe)

Teóricamente Qcaliente y Qfrio  deben ser iguales en magnitud, sin embargo, de manera real invariablemente ocurren pérdidas de energía (2ªLey de la termodinámica), que pueden calularse como:      Qperdido = Qcaliente -Qfrío  

La Eficiencia Global de la Transferencia de calor se puede calcular como: ή= x 100[pic 1]

Otro indicador útil del desempeño de un I.C. es la Eficiencia Térmica de cada fluido circulante. Para ello, se compara el cambio de temperatura de cada fluido contra la máxima diferencia de temperatura entre ambos fluidos, lo que da una referencia contra un I.C. de tamaño infinito. En cualquier tipo de I.C. y tipo de flujo, la Temperatura más alta en el equipo se da a la de entrada del fluido caliente y la más baja en la entrada del fluido frío, de tal suerte que la máxima diferencia de temperatura entre ambos fluidos es la que resulta de Tce –Tfe

Eficiencia térmica del fluido caliente = ήcaliente=  x 100 [pic 2]

Eficiencia térmica del fluido frío = ήfrío=  x 100[pic 3]

Así mismo, se puede calcular una Eficiencia térmica media del I.C.: ήm=  x 100[pic 4]

Cuando un I.C. está conectado para operar con flujo en contracorriente, el fluido caliente y el frío fluyen en direcciones opuestas a través de la superficie de transferencia (los dos fluidos entran al I.C. por lados opuestos). De acuerdo con el comportamiento de las temperaturas durante el trayecto de los fluidos a lo largo del equipo, obviamente se cumple que la Temperatura más alta es la de entrada del fluido caliente y la más baja es la de entrada del fluido frío, de tal suerte que la máxima diferencia de temperatura entre ambos fluidos es la que resulta de Tce –Tfe, sin embargo:  Tfs >Tcs

Cuando un I.C. está conectado para operar con flujo en paralelo, el fluido caliente y el frío fluyen en la misma dirección a través de la superficie de transferencia (los dos fluidos entran al I.C. por el mismo lado). De acuerdo con el comportamiento de las temperaturas durante el trayecto de los fluidos a lo largo del equipo, también la Temperatura más alta es la de entrada del fluido caliente y la más baja es la de entrada del fluido frío, de tal suerte que la máxima diferencia de temperatura entre ambos fluidos es la que resulta de Tce –Tfe, pero:  Tfs <Tcs

OBJETIVOS

1. Demostrar el enfriamiento o calentamiento indirecto por transferencia de calor desde una sustancia fluyendo hasta otra, estando separadas por una pared sólida.

2. Calcular el balance de energía que se desarrolla en un Intercambiador, así como su eficiencia Global a diferentes tasas de flujo.

3. Demostrar las diferencias entre flujo en paralelo (en la misma dirección) y en contracorriente (en sentido contrario), así como su efecto en el calor transferido y eficiencias térmicas.

MATERIALES

Unidad de servicio para intercambiadores de calor HT30XC

Intercambiador de calor (Por ejemplo tipo “Coraza y tubos” HT33 u otro)

Agua destilada (agua de calentamiento)

Agua del grifo (agua de enfriamiento)

PC y Software del equipo escuela Armfield

PROCEDIMIENTO.

Antes de iniciar, asegúrese que el equipo y sus accesorios estén debidamente colocados conforme al Manual del equipo, con la fuente de agua fría conectada y el regulador de presión ajustado. El aparato debe estar Encendido y conectado a una PC donde esté instalado el Software.

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