coeficiente de transferencia de calor de tubo y coraza


COEFICIENTE TOTAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN UN CAMBIADOR DE CALOR DE CORAZA Y TUBOS





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 SESIÓN

I. CARACTERÍSTICAS

Cuando en laindustria 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 la unidad a través del otro cabezal, paramejorar 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 DE CORAZA YTUBOS 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 lavibración 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 casodel módulo de 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 estádada por





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 de transferencia de calor se pueden ocupar las correlaciones que paracambiadores de tubos concéntricos

Para régimen laminar (Re< 2100)

Ec. de Sieder y Tate




Para régimen transicional ( 2100< Re < 10,000 )






Para régimen turbulento ( Re > 10,000)

Ec. de Sieder y Tate


Donde la masa velocidad del fluido que va por los tubos está dada por:

Gt 
Wt 
at
Gasto másico del fluido que va por los tubos área de flujo por los tubos

Ec.5y el área de flujo por los tubos se calcula como :

at 
N t af N

Ec.6


B) LADO DE LA CORAZA

La información para evaluar el coeficiente del lado de la coraza aún está muy restringida. Kern propone una correlación para amplio rango de número de Reynolds que oscila entre
2000 y1,000,000.



El diámetro equivalente De debe estimarse de acuerdo al arreglo que tiene la tubería...