Intercambio de calor

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  • Publicado : 26 de febrero de 2011
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Introducción

La transferencia de calor desde un fluido más caliente a uno más frío, generalmente a través de una pared sólida que separa los dos fluidos, es un caso que se encuentra con frecuencia en la práctica de la ingeniería química. El calor transferido puede ser calor latente, que va acompañado de un cambio de fase tal como la evaporación o la condensación, o bien tratarse de calorsensible procedente del aumento o disminución de la temperatura de un fluido sin cambio de fase.
El tratamiento cuantitativo de los problemas de transferencia de calor se basa en los balances de energía y en las estimaciones de las velocidades de transferencia de calor. Muchos dispositivos de transferencia de calor, tal vez la mayoría de ellos, funcionan bajo condiciones de estado estacionario.Los cálculos de transferencia de calor se basan en el área de la superficie de calentamiento y se expresa en watts por metro cuadrado o BTU por hora por pie cuadrado de la superficie a través de la cual fluye calor. En muchos tipos de equipo de transferencia de calor, las superficies de transferencia se construyen con tubos o tuberías.
En el presente informe se describe el proceso experimentalpor medio del cual se obtiene el coeficiente global para la transferencia de calor en un intercambiador de calor de tubos concéntricos.
El coeficiente global depende de muchas variables incluyendo las propiedades físicas de los fluidos y de la pared sólida, las velocidades de flujo y las dimensiones del intercambiador. La única forma lógica de predecir el coeficiente global es usar lascorrelaciones para las resistencias individuales del sólido y las capas de fluido, y añadir éstas resistencias para encontrar la resistencia global, la cual es recíproca al coeficiente global.



Conclusiones

1. Si el flujo del lado de la coraza se mantiene constante, el coeficiente global de transferencia de calor asciende a medida que se incrementa el flujo másico del lado de los tubos. Lapresencia de mayor turbulencia da lugar a una mayor transferencia de calor por convección.

2. El coeficiente de película del lado de los tubos es también una función del flujo másico, aumentando su valor cuando se incrementa la cantidad de material que fluye por la tubería, fenómeno adjudicado a la presencia de mayor turbulencia que se aprecia como un incremento en el número de Reynolds.3. La correlación de Sieder-Tate proporciona un medio para obtener valores aproximados del coeficiente de película de cualquiera de los lados del intercambiador, mediante el cálculo del número de Nusselt. Los valores predichos por esta ecuación serán ligeramente mayores que los obtenidos experimentalmente.

4. Los valores de los coeficientes global y de película son mayores si elintercambiador de calor opera en flujo a contracorriente, que si lo hace en flujo paralelo.

Análisis y discusión de resultados.

Haciendo uso de Virtual Unit Operations Laboratory (VUOL), podemos simular el funcionamiento de un intercambiador de calor de tubos concéntricos, donde tanto el fluido caliente (lado de la coraza) como el fluido que ingresa frío (lado de los tubos), es agua común. Estonos permite encontrar las temperaturas de salida de intercambiador para ambos fluidos, de manera sencilla y rápida y en varios momentos de tiempo.
Los datos necesarios para la simulación son las temperaturas y flujos másicos a la entrada del intercambiador.
Con toda esta información hemos sido capaces de calcular la media logarítmica de las diferencias de temperatura, ∆TL, este último esesencial para calcular el coeficiente global de transferencia de calor, objetivo último de este experimento.
Otro aporte importante es el cálculo del número de Nusselt para ambos lados del intercambiador que luego puede ser comparado con algunos valores obtenidos mediante ecuaciones teóricas tales como la correlación de Sieder-Tate.
Las ecuaciones usadas para realizar los cálculos mencionados...
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