Intercambiador horizontal de coraza y haz de tubos

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL[pic 1][pic 2]

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

ACADEMIA DE OPERACIONES UNITARIAS.

Laboratorio de transferencia de calor

Practica 3: Intercambiador horizontal de coraza y haz de tubos.

Alumno: Bizarro Nava Axel Giovan

Profesor: Héctor Zamorano García

Grupo: 2IM55

Fecha: 05 octubre 2021

INTRODUCCIÓN

Los intercambiadores de calor son aparatos que facilitan el intercambio de calor entre dos fluidos que se encuentran a temperaturas diferentes y evitan al mismo tiempo que se mezclen entre sí. En un intercambiador la transferencia de calor suele comprender convección en cada fluido y conducción a través de la pared que los separa.

Un entendimiento básico de los componentes mecánicos de los intercambiadores de calor es necesario para comprender cómo estos funcionan y operan para un adecuado desempeño. Entre las principales razones por las que se utilizan los intercambiadores de calor se encuentran las siguientes:

 • Calentar un fluido frío mediante un fluido con mayor temperatura.

• Reducir la temperatura de un fluido mediante un fluido con menor temperatura.

• Llevar al punto de ebullición a un fluido mediante un fluido con mayor temperatura.

• Condensar un fluido en estado gaseoso por medio de un fluido frío.

• Llevar al punto de ebullición a un fluido mientras se condensa un fluido gaseoso con mayor temperatura.

Intercambiador de haz de tubos y coraza

El tipo más común de intercambiador de calor en las aplicaciones industriales sea el de haz de tubos y coraza. Estos intercambiadores de calor contienen un gran número de tubos (a veces varios cientos) empacados en una carcaza con sus ejes paralelos al de éste. La transferencia de calor tiene lugar a medida que uno de los fluidos se mueve por dentro de los tubos, en tanto que el otro se mueve por fuera de éstos, pasando por la coraza.[pic 3]

El flujo de fluido dentro de los tubos se le denomina comúnmente flujo interno donde circula agua de enfriamiento y aquel que fluye en el interior del contenedor como fluido de carcaza o fluido externo.

Se presenta una condensación cuando la temperatura de un vapor se reduce por debajo de su temperatura de saturación, Tsat. Esto suele llevarse a cabo cuando el vapor entra en contacto con una superficie sólida cuya temperatura Ts esté por debajo de la temperatura de saturación Tsat de ese vapor.

En los extremos de los tubos, el fluido interno es separado del fluido externo de la carcaza por la(s) placa(s) del tubo. Los tubos se sujetan o se soldán a una placa para proporcionan un sello adecuado.

Los problemas que se pueden generar por las condiciones variables de presión y temperatura son la corrosión, la incrustación las cuales se controlan con el mantenimiento.

MARCO TEORICO

Condensación: La condensación es el proceso de cambio de estado de la materia, en la que un componente que se encuentra en estado gaseoso pasa a estado líquido. Es el proceso inverso a la vaporización, en la que un elemento que se encuentra en estado líquido pasa a estado gaseoso

Se observan dos formas distintas de condensación: en película y por gotas. En la condensación en película el condensado moja la superficie y forma una película de líquido sobre la superficie, la cual resbala hacia abajo debido a la influencia de la gravedad. El espesor de la película aumenta en la dirección del flujo a medida que se condensa más vapor sobre ella. Ésta es la forma en la que por lo general ocurre la condensación en la práctica. [pic 4]

En la condensación por gotas el vapor condensado forma gotitas sobre la superficie, en lugar de una película continua, y esa superficie se cubre de un número incontable de gotitas de diámetros variables, este ultimo tipo de condensado es el que se obtiene de los condensadores horizontales cómo el de esta práctica.

En la condensación por gotas éstas resbalan hacia abajo cuando llegan a tener cierto tamaño, despejando la superficie y exponiéndola al vapor. Como resultado, en la condensación por gotas se pueden lograr razones de transferencia que son más de 10 veces mayores que las asociadas con la condensación en película. Los coeficientes de transferencia grandes permiten a los diseñadores lograr una velocidad específica de transferencia de calor con un área superficial más pequeña y, por consiguiente, un condensador más pequeño (y menos caro). Por lo tanto, la condensación por gotas es el modo preferido de condensación en las aplicaciones de transferencia de calor.[pic 5]

Factor de incrustación: El rendimiento de los intercambiadores de calor suele deteriorarse con el paso del tiempo como resultado de la acumulación de depósitos sobre las superficies de transferencia de calor. La capa de depósitos representa una resistencia adicional para esta transferencia y hace que disminuya la razón de la misma en un intercambiador. El efecto neto de estas acumulaciones sobre la transferencia de calor se representa por un factor de incrustación Rf el cual es una medida de la resistencia térmica introducida por la incrustación.

El factor de incrustación es cero para un nuevo intercambiador, y aumenta con el tiempo a medida que se acumulan los depósitos sólidos sobre la superficie del mismo. Este valor depende de la temperatura de operación y de la velocidad de los fluidos, así como de la duración del servicio.

Coeficiente global de transferencia de calor : En el análisis de los intercambiadores de calor resulta conveniente combinar todas las resistencias térmicas que se encuentran en la trayectoria del flujo de calor del fluido caliente hacia el frío en una sola resistencia R es decir, está relacionado con la resistencia térmica total. En casos de transferencia de calor combinada para un intercambiador de calor, hay dos valores para h. Existe el coeficiente de transferencia de calor convectivo (h) para la película de fluido dentro de los tubos y un coeficiente de transferencia de calor convectivo para la película de fluido fuera de los tubos.

Cuanto mayor sea el coeficiente, más fácilmente se transfiere el calor desde su fuente hasta el producto que se calienta. 

Coeficiente de película: Representa la razón de la transferencia de calor entre una superficie sólida y un líquido por unidad de área superficial por unidad de diferencia en la temperatura. Es una medida de la rapidez y eficiencia a las transferencias de fluido calor hacia y desde una superficie. Cuanto mayor sea el coeficiente, más eficiente se da la transferencia. 

DIAGRAMA EXPERIEMENTAL

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DATOS EXPERIMENTALES

CALCULOS

Corrida 1

1. Gasto volumétrico del agua

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1. Gasto masa de agua.

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1. Gasto volumétrico del condensado frío.

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1. Gasto masa de vapor de agua.

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1. Calor ganado o absorbido por el agua ([pic 20]

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1. Calor (cedido) por el vapor de agua [pic 23]

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1. Eficiencia térmica del equipo.

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1. Coeficiente global de transferencia de calor experimental o sucio

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Media logarítmica de las diferencias de temperatura.

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En donde:

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Área de transferencia de calor:

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