calor






Intercambiador de Calor.













Profesor : Rosa Santoro
Ayudante : José Loyola
Asignatura : Trasnferencia de Calor
Fecha experiencia : 07/06/2012
Integrantes : Carlos Herrera
Guillermo Vega
Evelyn Zúñiga
1. Objetivos


1. Determinar calor cedido por el vapor y el calor absorbido por el agua.
2. Determinar calor perdido al ambiente medianteun balance de energía y mediante el cálculo del coeficiente de transferencia de calor convectivo.

3. Determinación del coeficiente global, Usucio.
4. Determinación de la eficiencia del intercambiador.
5. Determinar el factor de incrustación empleando el método de Wilson.


Procedimiento Experimental
1. Al momento de iniciar la actividad en el intercambiador de calor multitubular 1-2, sedebe abrir el flujo de agua liquida antes de abrir el flujo al vapor.
2. En esta experiencia, se medirán temperaturas de entrada y salida tanto del vapor como del agua, además de la temperatura de carcasa, para 5 caudales diferentes de agua (valores obtenidos a través de una curva de calibración de la placa orificio presente en el sistema), así como el volumen de vapor condensado y todos estos,serán mesurados para 3 presiones de vapor de agua diferentes.

2. Metodología de cálculo

El sistema que presenta la experiencia es el de un intercambiador de calor que posee 14 tubos. Por estos tubos fluirá el fluido de menor temperatura, agua líquida, primero por siete tubos de ida y de vuelta por el resto de ellos; mientras que por la carcasa del intercambiador fluirá el de mayortemperatura, correspondiente al vapor de agua. El fenómeno esperado es el de la condensación del vapor de agua hacia el agua líquida, entregando así su calor latente. Es así como se pueden realizar distintos cálculos referentes al sistema estudiado, como los que se presentan a continuación.
2.1 Cálculo de las magnitudes del intercambio de calor
Primero, el calor absorbido por el agua líquida es posiblede calcular según la ecuación

Donde:

: Calor absorbido por el agua líquida [W]
: Flujo másico del agua líquida [kg/s]
: Calor específico del agua [J/kg·K]
: Temperatura de salida del agua del tubo [K]
: Temperatura de entrada del agua al tubo [K]

Ahora, es necesario determinar el calor cedido por el vapor de agua hacia el agua líquida, el que se calcula según la siguienteexpresión.

Siendo:
: Calor cedido por el vapor [W]
: Flujo másico de vapor de agua [kg/s]
: Calor latente del vapor [J/kg]
Dado que ningún proceso posee un 100% de eficiencia real, es necesario evaluar las pérdidas de calor que se producen hacia el ambiente. Es posible realizar este análisis de dos maneras, una teórica y una experimental. La forma experimental está dada según la siguienteexpresión

Donde:
: Calor perdido [W]
Además, es posible evaluar estas pérdidas de calor hacia el medio mediante un análisis teórico, siguiendo la siguiente expresión.

En la cual:
: Calor perdido teórico [W]
: Coeficiente de transferencia de calor por convección libre para el aire [J/kg·m2·K]
: Área del manto de la carcasa del intercambiador de calor [m2]
: Temperatura media de lacarcasa del intercambiador de calor [K]
: Temperatura ambiental [K]

El área del manto de la carcasa del intercambiador de calor se puede conocer según la expresión

Donde:
: Diámetro externo de la carcasa [m]
: Largo de la carcasa [m]

Además, es necesario establecer la forma de cálculo del coeficiente de transferencia de calor por convección para el aire , el cual se realiza según lasiguiente correlación:

Donde:
: Número adimensional de Nusselt.
: Número adimensional de Grashof, el cual se calcula de la siguiente forma


: Número adimensional de Prandtl, el cual se calcula según la expresión


: Calor específico del aire [J/kg·K]
: Densidad del aire [kg/m3]
: Viscosidad del aire [kg/m·s]
: Conductividad térmica, evaluada a la temperatura de película...