Tubos concentricos

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA
E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
LABORATORIO DE TRANSFERENCIA DE CALOR
PRÁCTICA No. 2
CAMBIADOR DE CALOR DE TUBOS CONCÉNTRICOS
CONSIDERACIONES TEÓRICAS
{draw:frame} En un intercambiador de calor participan dos o más corrientes de proceso, unas actúan como fuentes de calor y las otrasactúan como receptores del calor, el cual se transfiere a través de las paredes metálicas de los tubos que conforman el equipo (contacto indirecto). Los equipos utilizados para calentar fluidos emplean generalmente vapor como fuente de calentamiento, los equipos utilizados para enfriar fluidos emplean usualmente agua como fluido de enfriamiento.
Las partes principales son dos juegos de tubosconcéntricos, dos tés conectoras, un cabezal de retorno y un codo en “U”. La tubería interior se soporta en la exterior mediante estoperos y el fluido entra al tubo interior a través de una conexión roscada localizada en la parte externa del intercambiador.
Tienen boquillas o conexiones roscadas que permiten la entrada y salida del fluido, el ánulo que cruza de una sección a otra a través delcabezal de retorno.
La tubería interior se conecta mediante una conexión en “U” que está generalmente expuesta, pues no representa una superficie considerable para la transferencia de calor, cuando se arregla en dos pasos, como en la figura anterior, la unidad se llama horquilla.
Proporciona superficies de transferencia de calor a bajo costo, la principal desventaja es la pequeña superficiede transferencia de calor contenida en una horquilla simple. Cuando se usa con un equipo de destilación se requiere gran número de horquillas y en cada horquilla existe la posibilidad de fugas debido a las conexiones.
Cuando existe una diferencia de temperatura entre un tubo y el fluido que circula por él, se transfiere calor entre la pared del tubo y el fluido. El flujo de calor intercambiadopor unidad de tiempo, puede expresarse en función de un área de intercambio (A), una diferencia de temperatura característica (DT), siendo la constante de proporcionalidad el coeficiente de transferencia de calor (h).
Para tubos completamente llenos, régimen estacionario y sección transversal circular uniforme, el coeficiente de transferencia de calor es función del diámetro del tubo, largodel tubo, densidad, viscosidad, calor específico, conductividad térmica y velocidad promedio del fluido.
DESARROLLO EXPERIMENTAL
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TABLA DE DATOSEXPERIMENTALES
SECUENCIA DE CÁLCULOS
CASO 1
Cálculo del gasto volumétrico del agua (de forma indirecta).
Gva=π4D2∆Zθ
Gva= π4*(0.57 m)20.267m1260 h=0.34066m3h
1a. Cálculo del gasto volumétrico del agua (de forma directa): El rotámetro al 100% tiene un gasto volumétrico de 10.38 L/min.
Cálculo del gasto masa de agua. Gma=Gvaρa
Gma=(0.34066 m3/h)(997.99 Kg/m3)=339.975Kg/h
Cálculo del gasto volumétrico del condensado. Gvvc=π4D2∆Zθ
Gvvc= π4*(0.384 m)20.034m1260 h=0.019688m3h
Cálculo del gasto masa del condensado. Gmvc=Gvvcρvc
Gmvc=0.019688 m3h997.99Kgm3=19.6484 Kg/h
Cálculo del calor ganado o absorbido por el agua (Qa). Qa=GmaCp(t1-t2)
Qa=339.875Kgh0.9986kcalKg℃49-24℃=7834.52 kcal/h
Cálculo del calor cedido porel vapor (Qv)(Si la condensación es isotérmica). Qv=Gmvcλ
Pabs =(0.789 Kg/cm2)+(0.6 kg/cm2)= 1.36 kg/cm2 = 1.36 bar
 @ 1.36 bar = 533.8612 kcal/kg
Qv=(19.6484 kg/h)(533.8612 kcal/kg)= 10489.5 kcal/h
Cálculo de la eficiencia térmica del equipo. η=QaQv*100%
η= 7834.52 kcal/h 10489.5kcalh*100=74.68 %
Cálculo del coeficiente global de transferencia de calor...
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