Laboratorio quimica

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CAMBIADOR DE CALOR
DE
TUBOS CONCENTRICOS

NOMBRE: Jesús Vicente Chelet García
Juan Antonio Marín Viñas
PAREJA 3
GRUPO A3

INTRODUCCIÓN

Consiste en dos conducciones cilíndricas concéntricas, circulando un fluido por el interior de la conducción interna y el otro por el espacio anular. Si son suficientemente largos y de pequeño diámetro, el flujo de ambos fluidos tiene lugar en lamisma dirección, ya sea en paralelo o en contracorriente.

[pic]

- Ecuaciones de diseño

Utilizaremos la notación (′) para describir al fluido caliente y la notación (″) para describir al fluido frío. Además se utilizarán los subíndices para indicar los extremos del cambiador; así el subíndice 1 indica la entrada de la corriente, y el subíndice 2 indica la salida de la corriente.

•Balance de materia

No plantearemos ninguna ecuación del balance de materia, al encontrarnos en estado estacionario.

• Balance de energía

Consideraremos una sección de un cambiador de longitud dL (FIGURA 1)

[pic]
FIGURA 1
Suponiendo que el cambiador de calor es adiabático, el balance de energía vendrá dado por:
(1)

Si además suponemos que el calor específico de ambos fluidospermanece constante, la ecuación 1 quedaría:

(2)

• Ecuación de velocidad

El perfil de temperatura (FIGURA 2) indica que la energía que se transmite encuentra tres resistencias en serie: la que opone por convección el fluido caliente, la que ofrece por conducción la pared del tubo y la que opone por convección el fluido frío.

[pic]

FIGURA 2

El flujo de calor en estadoestacionario queda:

(3)

Siendo el primer término el flujo de calor que se transmite por convección del flujo caliente, el segundo término indica la conducción a través de la pared, y el último término transmite la convección del fluido frío.

donde κ es la conductividad térmica del sólido, e el espesor de la pared (De-Di=2e) y dAml es la media logarítmica entre las áreas diferenciales detransporte entre ambos fluidos. Además consideramos que todas las áreas diferenciales son porciones de cilindros de diámetro Di y de longitud dL, por lo que:

(4)

También se puede definir un coeficiente global de transmisión de calor (U), que considere como fuerza impulsora la diferencia entre las temperaturas globales de ambas fases, y si la igualamos a partir de una combinación de la ecuación(3), y sustituimos todas las áreas diferenciales, obtenemos:

(5)
Siendo el diámetro D cualquiera de los tres diámetros D’, D’’ o Dml. Siendo:

[pic] (6)

De la ecuación (5), obtenemos la expresión resultante a todo el cambiador:

(7)

Como el coeficiente global de transmisión esconstante, para esta práctica, la podemos hallar a partir de esta última ecuación, y está nueva expresión la utilizaremos para hallar el cálculo experimental del coeficiente global de transmisión global del fluido caliente:

(8)

Para hallar esté coeficiente de forma teórica, entonces utilizaremos la ecuación (5), que al dividir todos los denominadores por D’, quedará:

(9)

Para hallarlos coeficientes individuales de transmisión de calor de ambos fluidos, tan solo tenemos que aplicar la ecuación de Dittus-Boelter:

- Fluido caliente ( [pic][pic] (10)

- Fluido frío ( [pic] (11)

OBJETIVO DE LA PRÁCTICA

El objetivo de esta práctica consiste en aplicar los conocimientos del cambiador decalor y de ésta manera poder obtener tanto los coeficientes globales de calor como los coeficientes individuales.

Además de poder calcular la eficacia del cambiador de calor con el caudal de agua caliente, manteniendo constante el agua fría.

APARATO

En la figura 3 se representa el esquema del montaje utilizado:

[pic]

FIGURA 3

El cambiador de calor consta de una longitud de 3.4m...
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