Tubos Concentricos

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS ESTRACTIVAS

LABORATORIO DE TRANSFERENCIA DE CALOR

PRÁCTICA 2

“INTERCAMBIADOR DE CALOR DE TUBOS CONCÉNTRICOS”

MARCO TEÓRICO
Los intercambiadores de calor son equipos que permiten el calentamiento, cambio de fase o enfriamiento de un fluido (líquido o gas) por medio de otro fluido a diferentetemperatura y separado por una pared generalmente metálica.
En la industria química la transmisión de calor se efectúa por medio de intercambiadores de calor y el más sencillo está formado por dos tubos de diferentes diámetros de tal manera que uno está dentro del otro, al espacio entre ambos se le denomina anulo o sección anular por donde uno de los fluidos circula, el otro fluido circula dentro deltubo interior. Este intercambiador se conoce como intercambiador de tubos concéntricos.
Los intercambiadores se clasifican normalmente de acuerdo con el arreglo del flujo.
Debido a que la sección transversal es pequeña estos cambiadores manejan poco volumen de fluido, tienen la ventaja de trabajarse a presiones y temperaturas elevadas, debido a que la relación entre el diámetro y espesor esalto, lo que le da una alta resistencia mecánica.
Estos intercambiadores presentan poca área de transferencia de calor, si se desea aumentarla se unen varios tramos de estos equipos, constituyéndolos en intercambiaodres de múltiple paso, en la actualidad su uso es limitado por el espacio que ocupan.

ECUACIONES BÁSICAS
Calor ganado o absorbido por el agua (Qa).
Qa=GmaCpt2-t1 = kcalhrCalor cedido por el vapor (Qv)(si la condensación es isotérmica)
Qv=Gmvcλ = kcalhr
Eficiencia térmica del equipo.
η=QaQv*100%

Coeficiente global de transferencia de calor experimental.
Uexp=QaAΔTML = Kcalm2hr℃
Media logarítmica de la diferencia de temperatura.
ΔTML=ΔT1-ΔT2lnΔT1ΔT2 = ℃

Coeficiente global de transferencia de calor teórico.
Uteo=1dehidi+edeKdm+1he =Kcalm2hr℃

Coeficiente de película interior para convección forzada dentro de tubos.
Nu=0.0225Re0.8Prn
hi=0.0225KdiRe0.8Pr0.4 = Kcalm2hr℃
hi=0.0225Kdidivρµ0.8CpµK0.4 = Kcalm2hr℃
Coeficiente de película exterior.
he=0.725ρ2K3λgdeμ∆Tf14 = Kcalm2hr℃

DESCRIPCIÓN DE OPERACIÓN
Poner el agua en circulación abriendo la válvula correspondiente y mantener un valor constanteindicado por el rotámetro. Prender la bomba.
Abrir la válvula que da paso al vapor hasta un valor de presión que será fijado y se mantendrá constante.
Permitir la estabilización del equipo.
Medir 2L de condensado y tomar el tiempo necesario para la ontención de éste gasto así como las diferentes temperaturas requeridas en la tabla de datos experimentales.
Suspender el funcionamiento del equipoutilizando la siguiente secuencia: cerrar la válvula que da paso al vapor, esperar mínimo 10 minutos, apagar la bomba y cerrar la válvula que controla el flujo de agua.
TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES
Lectura del rotámetro | Pvapor | Tvapor | Tcond | tagua | Tagua caliente | Ѳ |
% | Kg/cm2 | ºC | ºC | ºC | ºC | min |
60 | 0.55 | 106 | 106 | 31 | 52 | 6.48 |

CÁLCULOS
1. Cálculo delgasto volumétrico del agua (de forma directa): el rotámetro al 100% tiene un gasto volumétrico de 10.59L/min.
100% → 10.59Lmin
60% → 6.35Lmin
6.35Lmin*m31000L*60min1hr=0.381m3hr
Gva=0.381m3hr
2. Cálculo del gasto masa de agua.
Gma=Gvaρa = Kghr
Gma=0.381*995.41
Gma=379.2512Kghr
3. Cálculo del gasto masa del condensado.
Gmvc=Gvvcρa = Kghr
Gvvc=2L6.48min*m31000L*60minhr=0.0185m3hr
Gmvc=0.0185*987.09
Gmvc=18.2612Kghr
4. Cálculo del calor ganado o absorbido por el agua (Qa).
Qa=GmaCpt2-t1 = kcalhr
Qa=379.2512*1*52-31
Qa=7964.2752kcalhr
5. Cálculo del calor cedido por el vapor (Qv)(si la condensación es isotérmica)
Qv=Gmvcλ = kcalhr
Qv=18.2612*537.0932
Qv=9807.9663kcalhr
6. Cálculo de la eficiencia térmica del equipo.
η=QaQv*100%...