INTERCAMBIADOR DE CALOR

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CHIHUAHUA

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

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INTERCAMBIADOR DE CALOR

Introducción:

Los intercambiadores de calor son dispositivos cuya función es transferir el calor de un fluido a otro de menor temperatura. La transferencia de calor se produce a través de una placa metálica o tubo que favorezca el intercambio entre fluidos sin que estos se mezclen. En este artículo veremos los distintos tipos de flujos que pueden tener los fluidos a través de estos dispositivos para favorecer la trasmisión de calor, así como las aplicaciones en la industria y concretamente en el sector naval.

Se han desarrollados muchos tipos de intercambiadores de calor para ser usados en variados grados de tamaños y de sofisticación tecnológica, como plantas de vapor, plantas de procesamiento químico, calefacción, acondicionamiento de aire, refrigeradores domésticos, radiadores de automóviles, radiadores, vehículos espaciales, etc.

 En equipos comunes como intercambiadores de coraza y tubos, tubos concéntricos, radiadores, la transferencia de calor se realiza fundamentalmente por conducción y convección desde un fluido caliente a otro frío que están separados por una pared metálica. [pic 7]

En el diseño real de un intercambiador de calor juega un papel importante los costos, el peso y el tamaño. Por ejemplo, en plantas de procesos químicos la consideración de costos es muy importante. En aplicaciones espaciales y aeronáuticas constituye el factor predominante en la selección, el peso y el tamaño.

Un intercambiador de doble tubo consiste en dos tubos concéntricos generalmente el fluido que se debe enfriar se mete por la tubería interna, mientras el que se va a calentar circula por el espacio anular comprendido entre las dos tuberías. Estos intercambiadores pueden conectarse en serie o en paralelo para aumentar el área de transferencia.

Se usan para calentar o enfriar fluidos sin que se llegue a presentar un cambio de estado.[pic 8]

En los intercambiadores de doble tubo, el área de transferencia de calor es el área del tubo interno, ya que el área del tubo externo sólo sirve como envolvente. . A partir de balances de materia y energía, se calcula la velocidad requerida de transferencia de calor. Entonces, utilizando el coeficiente global y el ∆T promedio, se determina el área que se requiere para la transferencia de calor.

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Consideraciones de diseño

1. Balance de energía

2. Diferencia media de temperaturas

3. Área

Algunas veces el diseño está condicionado por consideraciones que tienen poco que ver con la transferencia de calor, tales como el espacio disponible para la instalación del equipo o la caída de presión tolerable en las corrientes de los fluidos.

Los intercambiadores 1-1 tienen limitaciones, porque cuando el flujo del lado del tubo se divide eventualmente entre todos los tubos, la velocidad puede ser bastante menor, proporcionando un coeficiente de transferencia de calor bajo. Si el número de tubos se reduce y la longitud aumenta de tal forma que la velocidad sea lo suficientemente elevada, es probable que la longitud del tubo requerida sea impráctica.

Planteamiento de Problema:

Como estudiantes de la Facultad de Ciencias Químicas pudimos analizar que en el laboratorio de Ingeniería Química no se cuenta con ningún tipo de intercambiador de calor, ya que la universidad no se ha hecho de uno por lo que pensamos en fabricar uno para poder dejarlo al alcance de los estudiantes de la Facultad y de la carrera de Ingeniería Química, ya que se puede emplear para realizar distintas prácticas en varias materias y sería más fácil para el estudiante entender el funcionamiento de este tipo de equipos.

Y en específico nos concentramos en poder fabricar uno de doble tubo ya que es uno de los más utilizados en la industria.

Justificación:

 La Facultad de Ciencias Químicas no dispone de un equipo para realizar prácticas de laboratorio en intercambiadores de calor tipo tubos y coraza, por lo que se ve la necesidad de construir un equipo didáctico para que el estudiante pueda complementar y fortalecer el aprendizaje de las cátedras de transferencia de calor y termodinámica u otras materias.

 La utilización de intercambiadores de calor de doble tubo está muy desarrollada dentro de la industria en general, por lo que es necesario que los estudiantes, tengan mayor conocimiento del comportamiento funcional de un intercambiador de calor de este tipo.

Objetivo general:

Diseñar y construir un intercambiador de calor de paso simple para integrar los conocimientos adquiridos en semestres anteriores, con la finalidad de entender, analizar y visualizar el funcionamiento de un equipo tan fundamental en la industria.

Objetivos específicos:

• Determinar la temperatura mínima de salida del líquido.
• Calcular el coeficiente de transferencia U experimentalmente y teóricamente.
• Determinar el rendimiento del intercambiador de calor.

Cronograma de actividades:[pic 10]

Equipo y materiales:

• 4 contenedores.
• Bomba de pecera (180 l/h a 1 m).
• Bomba de pecera (80 gal/ hr a 0.8 m)
• Tubo de PVC (2.2 m) y 2 pulgadas.
• 2 tapones para tubo de PVC.
• 2 coples para PVC.
• Tubo de cobre 1/2 (2.3 m).
• 2 termómetros.
• 2 m de manguera de plástico.
• Agua.
• Hielo.

Diagrama de bloques:

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Diagrama de proceso:[pic 25][pic 26][pic 27][pic 28][pic 29]

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