Tubos Concentricos

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“INTERCAMBIADOR DE CALOR DE TUBOS CONCÉNTRICOS DE COBRE”

RESUMEN
Con el objetivo de encontrar las relaciones matemáticas necesarias para comprender la efectividad y dinámica de operación del intercambiador de calor de tubos concéntricos en el laboratorio de operaciones unitaria, se procedió a realizar un análisis del coeficiente de transferencia total del intercambiador de calor.

Elintercambiador de calor de tubos concéntricos cuenta con ocho unidades de intercambiador de calor de cobre tipo k conectados en serie. El sistema esta divido en dos etapas; una de calentamiento, en donde se transfiere calor entre vapor saturado de caldera y aceite que circula en el tubo interno. Éste sistema vapor-aceite funciona a lo largo de tres intercambiadores, en los siguientes cinco intercambiadoresse lleva a cabo la etapa de enfriamiento, donde se transfiere calor entre el aceite calentado con el vapor en la primera etapa y agua fría que circula en el ánulo (sistema aceite-agua).

El experimento consistió en hacer variar el flujo másico de aceite en el intercambiador, manteniendo constantes los flujos de vapor, y agua para cada sistema.
Se midió la presión de vapor saturado, así como lastemperaturas de entrada y salida de cada unidad del intercambiador de calor.

Con los datos obtenidos, se pudo determinar el coeficiente de convección y la relación existente entre el régimen de flujo y el coeficiente total de transferencia de calor para cada etapa.

INTRODUCCIÓN
Los intercambiadores de calor fundamentan su desempeño en las características que poseen ciertos materiales detransferir calor desde sus paredes hacia los alrededores y, en las propiedades de los fluidos que permiten optimizar las transferencias de calor.

En un intercambiador la transferencia de calor suele comprender convección en cada fluido y conducción a través de la pared que los separa. En el análisis de los intercambiadores de calor resulta conveniente trabajar con un coeficiente de transferencia decalor total (U) que toma en cuenta la contribución de todos estos efectos sobre dicha transferencia. La razón de la transferencia de calor entre los dos fluidos en un lugar dado a un intercambiador depende de la magnitud de la diferencia de temperatura local, la cual varía a lo largo de dicho intercambiador.

Es por su amplio uso en la industria que se debe conocer el uso correcto de unintercambiador de calor de tubos concéntricos y su funcionamiento. A partir de esto, se presenta un caso de estudio en particular de un intercambiador de calor que consiste en ocho unidades de intercambiadores conectados en serie.

METODOLOGÍA
El sistema cuenta con dos rotámetros para la medición de los flujos, el de aceite y el del agua; el flujo de aceite es un circuito cerrado impulsado por una bombadesde un tanque; además el equipo cuenta con acoplamientos para la instalación de termómetros para realizar las mediciones de temperatura de entrada y salida para cada intercambiador, el flujo de agua se mantuvo constante a una unidad de rotámetro; además de realizar la medición de presión y temperatura del condensado de vapor de caldera, el cual se purga por una trampa de vapor. Para conocer latemperatura de entrada del vapor se utilizó tablas de vapor, así mismo se encontró el volumen específico; siendo el inverso de este la densidad utilizada.
Con las temperaturas conocidas se realizaron los siguientes cálculos: temperaturas promedio de entrada y salida, temperatura media, logarítmica media.
Los modelos matemáticos proporcionados por el laboratorio, fueron utilizados para calcular losflujos volumétricos de aceite y agua, conociendo estos datos se prosiguió a calcular el número de Reynolds, Prandal, Nuselt, los coeficientes convectivos y conductivos, la transferencia de calor, efectividad y NTU

RESULTADOS

DISCUSIÓN DE RESULTADOS
El calor se transfiere del fluido caliente hacia la pared por convección, después a través de la pared por conducción y, por último, de la pared...