Laboratorio experimental de intercambiadores de calor

U. T. F. S. M.
27 DE NOVIEMBRE DEL 2009

FUNDAMENTOS DE CALOR Y FLUIDOS
RODRIGO LEIVA

Informe de laboratorio

INTERCAMBIADORES DE CALOR

Claudia A. Morales Reyes Ing. en Diseño de Productos 2551013-5

Introducción

En el siguiente laboratorio se trabaja con un intercambiador de calor que produce una transferencia de calor donde hay un paso de energía térmica desde un cuerpo demayor temperatura a otro de menor temperatura. Un intercambiador de calor es un aparato que facilita el intercambio de calor entre dos fluidos que se encuentran a temperaturas diferentes evitando que se mezclen entre sí. Los cambiadores de calor son muy usados en refrigeración, acondicionamiento de aire, calefacción, producción de energía, y procesamiento químico. Con esto se pretenden demostrar lassiguientes fórmulas:

Q cedido = - Q absorbido Q frío = - Q caliente

FORMULAS A UTILIZAR
Como se mencionaba anteriormente:

Q frío = - Q caliente
Por lo tanto si Q = m *Cc * (T2 –T1)

mf *Cc f * (Tf2–Tf1) = - mc *Cc c* (Tc2–Tc1)
Siendo mf: flujo másico del fluido frío y mc: flujo másico del fluido caliente Cc f: Calor específico del fluido frío y Cc c: calor específico del fluidocaliente Tf2: temperatura de salida del fluido frío y Tf1: temperatura de entrada del fluido frío Tc2: temperatura de salida del fluido caliente y Tc1: temperatura de entrada del fluido caliente Además en el caso de un intercambiador de calor si tiene la siguiente fórmula relacionada con lo anterior, en donde:

Q frío = U *At *DTML
En donde U: coeficiente global de transferencia At: superficietotal de transferencia DTML: diferencia de temperatura media logarítmica Y DTML = ∆Te - ∆Ts ln[∆Te/∆Ts]

En donde en un intercambiador en paralelo es: ∆Te = Tc1 – Tf1 ∆Ts = Tc2 – Tf2 Y en contracorriente ∆Te = Tc1 – Tf2 ∆Ts = Tc2 – Tf1

DESCRIPCIÓN Y PROCEDIMIENTO
Se cuenta con un intercambiador de calor conformado por dos tubos concéntricos de un largo de 725 mm. El tubo interior tiene undiámetro interior de 10,7 mm y diámetro exterior de 12,5 mm. El tubo exterior tiene un diámetro interno de 25,4 mm y un diámetro exterior de 29 mm. A estos tubos ingresa agua caliente que viene desde un calentador de agua en donde el agua se calentó entre 60 y 70 ° Celsius y por otro lado agua fría ambas reguladas con un regulador de flujo. También se cuenta con termómetros digitales que nos indican lastemperaturas de salida en y entrada del fluido caliente y el fluido frío. Y por último un rotámetro que mide el caudal en mm, dato el cual según una tabla se obtiene en litros/hora. Ahora el procedimiento a seguir es el siguiente: 1. Se miden las condiciones iniciales del laboratorio de presión, temperatura y humedad relativa. 2. Se ordenan los dispositivos de manera que el flujo en elintercambiador sea a contracorriente, es decir que el agua caliente vaya en dirección contraria al flujo del agua fría. 3. Comienza a circular el agua caliente por el tubo interior y el agua fría por el tubo exterior manteniendo el caudal constante a un valor entre 60 y 70 mm 4. Se hacen entre 8 a 10 mediciones de la temperatura cada un minuto, verificando siempre que el caudal no haya variado, de locontrario debe reajustarse. 5. Por último medir el caudal de agua fría con una probeta y un cronómetro. 6. Se vacía el intercambiador y se arreglan los dispositivos para que el flujo sea paralelo, es decir que el agua caliente y el agua fría vayan en la misma dirección. Asegurarse que no hay burbujas de aire dentro del intercambiador. 7. Se realizan nuevamente paso 3 y 4. 8. Nuevamente repetir el paso5. 9. Medir las condiciones finales del laboratorio de presión, temperatura y humedad relativa.

DEBIDO A UN MALENTENDIDO EN LA RECEPCIÓN DE LOS PASOS A SEGUIR, SE HACEN LAS MEDICIONES VARIANDO EL CAUDAL LO CUAL ARROJA LOS SIEGUIENTES DATOS.

1. CONTRACORRIENTE
Medición 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 PROMEDIO Caudal mm Caudal en lt/h Caudal en Kg/s Tc1 Tc2 Tf1 Tf2 46 9,384 0,025562016 66,8 44,4...