Termodinámica Aplicada – Evaluacion Laboratorio

Participante (s):

UPC UNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APLICADAS[pic 2]

Carrera de Ingeniería Industrial TERMODINÁMICA APLICADA

Laboratorio N°3:

BALANCE DE ENERGÍA EN INTERCAMBIADORES DE CALOR (LÍQUIDO/LÍQUIDO)

OBJETIVO:

Al finalizar la parte experimental y la entrega del informe, el alumno será capaz de:

• Determinar la velocidad de transferencia de calor de un fluido caliente a un fluido frío, a través de un intercambiador de calor de haz de tubos y coraza.
• Calcular e identificar las pérdidas de calor a través de las paredes del intercambiador de calor.
• Evaluar el efecto, sobre la temperatura de salida del agua fría, al variar el caudal del agua fría.

FUNDAMENTO TEÓRICO:

Los intercambiadores de calor son dispositivos donde dos corrientes de fluido en movimiento intercambian calor sin mezclarse. Se usan ampliamente en varias industrias y se construyen en diversas formas y tamaños. La forma más simple de un intercambiador de calor es un intercambiador de calor de tubo doble (conocido también como de tubo y coraza), el cual se muestra en la figura y que se compone de dos tubos concéntricos de diámetros distintos. Un fluido corre por el tubo interno mientras otro lo hace en el espacio anular entre ambos tubos. El calor se transfiere del fluido caliente al frío a través de la pared que los separa.[pic 3]

Algunas veces el tubo interno tiene un par de vueltas dentro de la coraza

para aumentar el área de transferencia de calor y, por consiguiente, la tasa de transferencia de calor.

El principio de conservación de la masa para un intercambiador de calor que opera de forma estacionaria expresa: en operación estacionaria, el flujo másico de cada corriente de fluido que fluye por un intercambiador de calor permanece constante.

Los intercambiadores de calor comúnmente no tienen que ver con interacciones de trabajo y los cambios de energía cinética y potencial son insignificantes para cada corriente de fluido. La tasa de transferencia de calor relacionada con los intercambiadores de calor depende de cómo se selecciona el sistema de análisis. Los intercambiadores de calor están diseñados para transferencia de calor entre dos fluidos dentro del dispositivo, por lo que normalmente la coraza externa está bien aislada para evitar cualquier pérdida de calor hacia el medio circundante.

Si todo el intercambiador de calor se selecciona como el sistema, el balance de energía (primera ley de la termodinámica) se expresa matemáticamente así:

𝑄̇𝑐𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜  + 𝑄̇𝑔𝑎𝑛𝑎𝑑𝑜  = 𝑄̇𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑜

Cuando los fluidos no cambian de fase, sólo de temperatura, la velocidad de transferencia de calor depende de la capacidad calorífica a presión constante:

𝑚̇ 𝑐𝑎𝑙𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐶(𝑇5−𝑇1) + 𝑚̇ 𝑓𝑟í𝑜 𝐶𝑃(𝑇10  − 𝑇9) =  𝑄̇𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑜

Si no hay pérdidas de calor al entorno:          𝑚̇ 𝑐𝑎𝑙𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝐶(𝑇5−𝑇1) + 𝑚̇ 𝑓𝑟í𝑜𝐶𝑃(𝑇10 − 𝑇9) =  0

DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO[pic 4]

S2 - Intercambiador de haz de tubos para el intercambio de calor entre agua/agua

La figura 1 representa el esquema sinóptico del intercambiador.        El intercambiador es de material anticorodal, resistente a la corrosión. El haz de tubos, con aletas integrales, es de cobre. El manómetro diferencial en U, permite medir la pérdida de carga antes y después del intercambiador en el circuito primario y en el secundario.

Características Técnicas:

• Superficie de intercambio:

0.3 m²

• Diámetro interior del tubo

de haz de tubos: 15.875 mm        Fig. 1 - Esquema intercambiador S2

• Longitud del tubo: 610 mm
• Número de tubos: 4

DESCRIPCIÓN DEL EXPERIMENTO:

1. Seleccionar el intercambiador S2 en la unidad T60D/C.
2. Fijar la temperatura de entrada T1 del agua caliente mediante el termorregulador del tablero eléctrico.
3. Fijar el flujo volumétrico V1 (caudal) de agua caliente, girando la válvula reguladora G1 del panel.
4. Fijar el caudal de agua fría V2 mediante la válvula reguladora G2 del panel.
5. Esperar unos minutos que el sistema alcance su estado estable y tomar y anotar los datos: T1, T5, T9, T10.
6. Fijar otro caudal de agua fría, manteniendo el mismo caudal para el agua caliente y repetir el paso 5.
7. Realizar 5 corridas en total (experimentos) variando el flujo volumétrico de agua fría

TOMA DE DATOS:

Llene la tabla de datos. Es parte de su informe por lo que debe estar bien presentada, escrita con lapicero.

INFORME:

Desarrolle el informe contestando cada una de las partes que se indican. Debe mostrar sus cálculos: el ejemplo de cálculo con los datos del primer experimento. El orden, claridad y redacción es parte importante para obtener una buena calificación.

[pic 5]

REGISTRO DE DATOS

N° de Grupo:        IN399- IS5F/ 02

Integrantes:         Emerson Rivas Figueroa        

                                        Augusto Velásquez Mendoza[pic 6]

1. DATOS EXPERIMENTALES        (SO 6.1) – 4.0 p (incluye prueba oral max. 3 puntos)

Intercambiador de calor con flujo en paralelo

Tabla 1

Capacidad calorífica del agua líquida = 4.18 kJ/kg.oC = 1 kcal/kg.oC Densidad del agua líquida = 1 kg/L

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