Practica de laboratoriode intercambiadores de calor

Universidad Autónoma del Carmen

Introducción

Se sabe o al menos se tiene una noción a lo que hace referencia la transferencia de calor donde nos presenta un proceso en el que se intercambia energía calórica entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura.

La transferencia de calor abarca fenómenos físicos como la conducción y convección, que se deben de comprender antes de proceder a desarrollar metodologías que conduzcan al diseño térmico de los sistemas correspondientes como por ejemplo los que implican procesos de transferencia de calor de un fluido a otro. Un intercambiador de calor es un dispositivo usado para transferir energía térmica (entalpia) entre dos o más fluidos, entre una superficie sólida y un fluido, o entre partículas sólidas y un fluido a diferentes temperaturas y en contacto térmico. Las aplicaciones típicas involucran calentamiento o enfriamiento de una corriente de fluido que puede involucrar evaporación o condensación de corrientes de fluidos simples o multicomponente.

En otras aplicaciones, el objetivo podría ser recuperar o rechazar calor, pasteurizar, destilar, concentrar, cristalizar o controlar un fluido de proceso. Los intercambiadores de calor se pueden clasificar de acuerdo a su construcción, el proceso de transferencia, el grado de compacidad de la superficie, la disposición de los flujos, disposición de los pasos, la fase de los fluidos involucrados en el proceso y el mecanismo de transferencia de calor. De los diferentes tipos de intercambiadores de calor que hay, el más simple es uno en el cual los fluidos caliente y frio se mueven en la misma u opuesta dirección en una construcción de tubo concéntrico o doble tubo.

Se mostrará en esta actividad los diferentes procesos y como se llevan a cabo cada uno de ellos en sus respectivas configuraciones en los tres tipos de intercambiadores de calor, capturando así mismo los datos que arroje el sistema y seguidamente realizar los cálculos, observando su comportamiento y establecer conclusiones como parte final del aprendizaje.

Marco teórico

Los intercambiadores de coraza y tubos están compuestos en esencia por tubos de sección circular montados dentro de una coraza cilíndrica con sus ejes paralelos al aire de la coraza.

Los intercambiadores de calor liquido-liquido pertenecen en general a este grupo y también en algunos casos los intercambiadores gas-gas.

Son adecuados en aplicaciones en las cuales la relación entre los coeficientes de transferencia de calor de las dos superficies o lados opuestos es generalmente del orden 3 a 4 y los valores absolutos son en general, menores que los correspondientes a los intercambiadores de calor liquido-liquido en un factor de 10 a 100, por lo tanto, se requiere un volumen mucho mayor para transferir la misma cantidad de calor.

Existen muchas variedades de este tipo de intercambiador, las diferencias dependen de la distribución de configuración de flujo y de los aspectos específicos de construcción. La configuración más común de flujo de intercambiadores liquido-liquido es de coraza y tubos. Un factor muy importante para determinar el número de pasos del fluido por el lado de los tubos es la caída de presión permisible. El haz de tubos está provisto de deflectores para producir de este modo, una distribución uniforme de flujo a través de él.

Para los tubos concéntricos las partes principales son dos juegos concéntricos, dos tés conectores, un cabezal de retorno y un codo en “U”. la tubería interior se soporta en la exterior mediante estoperos y el fluido entra al tubo interior a través de una conexión roscada localizada en la parte externa del intercambiador. Las tés tienen boquillas o conexiones roscadas que permiten la entrada y salida del fluido, el anulo que cruza de una sección a otra a través del cabezal de retorno. La tubería interior se conecta mediante una conexión en “U” que esta generalmente expuesta, pues no representa una superficie considerable para la transferencia de calor.

Ventajas y desventajas de los intercambiadores de tubos concéntricos

Ventajas

• Diseño: Es muy realizar sus partes estándar para un posterior montaje.

• Montaje: Se puede ensamblar en cualquier taller de plomería.

• Costos: Proporciona superficies de transferencia de calor a bajo costo

Desventajas

• Transferencia: La principal desventaja es la pequeña superficie de transferencia de calor contenida en una horquilla simple.

• Fugas: Cuando se usa con un equipo de destilación se requiere un gran número de horquillas y en cada horquilla existe la posibilidad de fugas debido a las conexiones.

• Espacio: Para los procesos industriales que requieren grandes superficies de transferencia de calor, se necesita gran número de equipos, los que no se pueden acomodar en pequeños espacios, se recomienda el uso de tubos concéntricos para superficies pequeñas (100-200 ft´ft).

• Mantenimiento: El tiempo y gastos requeridos para desmontarlos y realizar limpiezas son prohibitivos, comparado con otros tipos de equipos.

En los intercambiadores de calor de placas consisten en placas estándares, que sirven como superficies de transferencia de calor y una armazón para su apoyo. Hay varios tipos que incluyen: con empaques o sellos, soldados o semisoldados.

Estos son de uso frecuente en fluidos de baja viscosidad con demandas moderadas de temperatura y presión (por debajo de 150°c).

Los ICP y marco consisten en una serie de placas acanaladas que se montan en un marco y se afianzan con abrazaderas. Cada placa se hace de un material prensable (acero inoxidable, níquel, titanio, etc.) y se forma con una serie de corrugaciones. El paquete también incluye una junta o sello. La junta o sello contiene la presión y controla el flujo. El arreglo de la junta de cada placa distribuye el medio caliente y frio n canales de flujo alternados a través del paquete de placas.

No todos los procesos son iguales, por lo que no todas estas necesidades se

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