coeficiente global de transferencia de calor en un intercambiador de calor de tubos concentricos

INTERCAMBIO DE CALOR EN TUBOS CONCÉNTRICOS
Héctor Gabriel Argumedo Navarro, Diego Alejandro Zuluaga Londoño.
hgargumedon@unal.edu.co; dazuluagl@unal.edu.co.
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*Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín, escuela de procesos y energía
Abstract: This paper is about the operation of the heat exchangers of concentric tubes, the calculation of
their global transfer coefficients and howmany ways can change if you change the operating conditions
and configurations of the arrangements. Here is disclosed a method for calculating the overall coefficient
using matlab software.
Palabras Claves: Tubos concéntricos, coeficiente de transferencia global, termocuplas, arreglo en cocorriente, arreglo en contracorriente, temperatura media logarítmica.

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1.

INTRODUCCION

Losintercambiadores de calor son equipos utilizados en la
industria en procesos en los que existe la necesidad de
calentamiento o enfriamiento de un fluido. En los
intercambiadores de calor pueden participar dos o más
corrientes de fluidos en las cuales unas actúan como fuentes
de calor y otras como receptoras.
Los intercambiadores pueden tener una configuración de
doble tubo o tubos concéntricossiendo uno de los más
simples de tal modo que uno de los fluidos del proceso
circula por el tubo interior y el otro circula por el espacio
anular comprendido entre ambos tubos. El flujo de los fluidos
puede ser en paralelo (igual sentido) o en contra-corriente
(sentidos opuestos). Éste último presenta generalmente mayor
eficacia térmica.
En el presente artículo se explicará en detalle elfuncionamiento de un intercambiador de calor de tubos
concéntricos, el cual se trabajara en dos tipos de arreglos
tanto
en contracorriente como en co-corriente y se
determinará el coeficiente global de transferencia en los dos
tipos de arreglos del sistema, determinando este coeficiente
tanto experimentalmente por medio de la diferencia de
temperatura
media logarítmica, como teóricamente,utilizando el método de la resistencia térmica total para la
transferencia de calor entre dos fluidos. (1)

Figura 1. Intercambiador de calor del laboratorio
de operaciones y de control de la Facultad de
Minas. (2)

2. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
Lo que se desea hacer con el proceso es poner en
funcionamiento el intercambiador operándose en
co-corriente y en contracorriente para así hallarsus coeficientes globales de transferencia y
compararlos y entrar en detalle con los respectivos
análisis.
2.1 OBJETIVOS


Comprobar de balances de masa y energía.



Calcular los coeficientes globales para diferentes
condiciones de operación.



Evaluar del comportamiento del equipo en cuánto a
velocidad de transferencia de calor para condiciones
de flujo variables.

Evaluar las pérdidas de energía al ambiente por el
balance energético y por el cálculo de la
transferencia en convección-radiación.

Figura 2. Equipo completo de Intercambiador de
calor del Laboratorio de operaciones de la Facultad
de Minas. (2)

2.2 DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO.
El equipo consiste en cuatro ramales
de tubos
concéntricos de 1.515 m de longitud efectiva, conectados en
serie.Los ramales I y II tienen un diámetro interno del tubo
interno de 0.009525 m y un diámetro interno del tubo externo
de 0.0254 m. Los ramales III y IV tienen un diámetro interno
del tubo interno de 0,0254m y un diámetro interno del tubo
externo de 0.0381 m. Además los ramales II y III se
encuentran aislados con material de lana de vidrio con
espesores de 0,0254m y 0,031m respectivamente.
Enel equipo se encuentran diez sondas PT100 para medir las
temperaturas de entrada y salida de los fluidos caliente y
frío en cada ramal (incertidumbre ±0.5°C), también tiene
dos manómetros en forma de U con mercurio en su
interior para medir la caída de presión a través del tubo
y del ánulo del intercambiador de calor.
Para abastecer al equipo de fluido de proceso se encuentran
en la...