Calor

COEFICIENTE TOTAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR
EN UN CAMBIADOR DE CALOR DE CORAZA Y TUBOS
FACULTAD DE QUÍMICA UNAM LABORATORIO DE INGENIERIA QUÍMICA
OBJETIVO
El alumno aprenderá a obtener experimentalmente una correlación que permita estimar el
coeficiente individual de transferencia de calor externo en un cambiador de calor de coraza
y tubos.
CONCEPTOS QUE DEBEN DISCUTIRSE DURANTE LA SESIÓNI. CARACTERÍSTICAS
Cuando en la industria se requiere una superficie de transferencia alta, el cambiador de
calor por excelencia mas empleado es el de coraza y tubos. En la figura 1 se ilustra un
cambiador de este tipo de un solo paso, en el , el fluido que fluye a través de los tubos entra
al cabezal en donde se distribuye a través del banco de tubos siguiendo un flujo paralelo, y
deja a launidad a través del otro cabezal, para mejorar la transferencia de calor del fluido
que va por los tubos se ponen desviadores de flujo en los cabezales tal que permiten que el
fluido regrese al interior del cambiador repetidamente, el número de pasos del fluido por
los tubos depende de factores económicos del diseño, de la operación y del espacio
disponible.
FIGURA 1
CAMBIADOR DE CALOR DECORAZA Y TUBOS DE UN SOLO PASO
El fluido externo o el que va por la coraza se alimenta por medio de boquillas tal que el
fluido entra en dirección perpendicular a la dirección de los tubos y se distribuye a lo largo
del cambiador en una forma de S debido a la presencia de mamparas que entre otras
funciones se encuentran las siguientes:
1. Dar soporte a los tubos en un posición vertical.
2.Evitar la vibración de los tubos debido a la alta turbulencia causada por el fluido que va
por la coraza.
3. Guiar al fluido que va por la coraza en dirección transversal en relación al banco de
tubos, incrementando su velocidad y por lo tanto su coeficiente de transferencia de
calor.
Hay varios tipos de deflectores o mamparas que se emplean en el diseño de los
cambiadores de calor, pero losmás comunes son los deflectores segmentados como se
muestra en la figura 2, estos , son hojas de metal perforadas cuyas alturas son generalmente
un 75 % del diámetro interior de la coraza y se conocen como deflectores o mamparas con
25% de corte. El corte puede variar dependiendo del cambiador de calor o las
características viscosas del fluido que va por la coraza , como es el caso del módulode
cambiadores de calor del laboratorio de ingeniería química que presentan deflectores con
un 50% de corte.
FIGURA 2
DISTRIBUCIÓN DEL FLUIDO QUE VA POR LA CORAZA
POR EFECTO DE LA PRESENCIA DE DEFLECTORES
II . COEFICIENTE TOTAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR
La expresión del coeficiente total de transferencia de calor es igual para todos los
cambiadores de calor y está dada por
ho
Rdo
A
AK
X
A
A
Rdi
hio
U
wm
o
w
w
i
1 o 1
1
+ + 



 


+ 



 


+
= Ec.1
III. COEFICIENTES INDIVIDUALES DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Debido a las diferencias físicas en relación al cambiador de tubos concéntricos , la
evaluación de los coeficientes individuales hi y ho resulta ser ligeramente diferente.
A) INTERIOR DE TUBOS
Para evaluar el coeficiente detransferencia de calor se pueden ocupar las correlaciones que
para cambiadores de tubos concéntricos
Para régimen laminar (Re< 2100)
Ec. de Sieder y Tate
0.33 0.14
86 . 1 



 







 


 

 

 

 

= =
w
i i
i
i i
i
i t
i
i L
d
k
d G Cp
k
hi di
Nu
μ
μ μ
μ
Ec.2
Para régimen transicional ( 2100< Re < 10,000 )
 

 



 

+ 



 


 

 

  


  


− 



 


= = 3
0.14 2
3
1
3
2
0.116 125 1
L
di
k
diG Cp
k
hidi
Nu
w
i
i
i i
i
t
i
i μ
μ μ
μ
Ec.3
Para régimen turbulento ( Re > 10,000)
Ec. de Sieder y Tate
0.8 0.33 0.14
027 . 0  


 

 

 

 

 

= =
W
i
i
i i
i...