Ingeniero Quimico

Universidad Iberoamericana
Laboratorio de operaciones unitarias Cambiador de calor de tubo aletado

I. Objetivo • • Conocer los diferentes tipos de superficies extendidas en los intercambiadores de calor. Demostrar las ventajas que ofrecen los intercambiadores aletados, mediante el cálculo del coeficiente total de transferencia de calor y la eficiencia de dichos equipos.

II. GeneralidadesCuando a una superficie de transferencia de calor se le agregan pedazos de metal sobre ella, estos aumentan la superficie disponible para la transmisión con el consiguiente aumento del intercambio de calor. A estos pedazos metálicos se les conoce con el nombre de aletas. Estas pueden ser de muchos tipos, siendo las más usadas, las longitudinales, las transversales y las acuñadas (Figura 1) Unrequisito fundamental que debe cumplir un intercambiador de calor es que tenga una máxima economía en construcción, operación y mantenimiento. Para lograr esto, es necesario encontrar los valores de un conjunto de variables que definan el área de transferencia óptima.

III. Equipo El equipo de esta práctica consiste de un intercambiador de calor de doble tubo con aletas longitudinales. Lasespecificaciones generales para este equipo son las siguientes: Longitud de aleta p/cada tubo No. de aletas Material de la aleta Material del tubo Material de la envolvente Espesor de pared del tubo interno No. de tubos Diámetro exterior del tubo Diámetro interior del tubo Area del tubo s/aletas Altura de las aletas Area del tubo aletado Espesor de la aleta Diám. Ext. de la envolvente Diám. Int. de laenvolvente Tamaño del tubo de la envolvente 1.52 m (5 pies) 20 Admiralty Admiralty Ac. al carbono 0.065 pulg. 1 1.0 pulg. 0.870 pulg. 0.262 pie 2 0.5 pulg. 1.928 pie 2 0.035 pulg. 2.375 pulg. 2.067 pulg 2 pulg. IPS. Céd. 40

0

IV. Bases teóricas
Para el cálculo del coeficiente de transferencia de calor, así como de la eficiencia de la aleta, se tienen diferentes ecuaciones dependiendo del tipode aletas que se consideren. El intercambiador del laboratorio de la UIA presenta aletas longitudinales. Consideraciones: a) b) c) d) e) f) g) Proceso a régimen permanente. El material de la aleta es homogéneo. No existe ninguna fuente de calor en la aleta misma. La conductividad térmica de la aleta es constante. El coeficiente de transferencia de calor es el mismo en toda la superficie de laaleta. La temperatura del fluido que rodea a la aleta es uniforme. La unión de la aleta con el tubo no ofrece resistencia a la transferencia de calor.

Cálculo del coeficiente total de transferencia de calor El flujo másico del aire se determina por medio de la lectura en un manómetro diferencial acoplado a una placa de orificio

m = C0 A T

2g c ∆Pρ  DT    D  −1   0
4

∆P = ∆z

g (ρ agua − ρ aire ) gc

Q = Mλ q = mCp(T2 − T1 )
Donde: m = gasto en masa de aire C0 = coeficiente de la placa de orificio (0.7) AT = área de la tubería ∆P = caída de presión en la placa de orificio DT = diámetro interno del tubo D0 = diámetro interno del orificio ∆z = diferencia de alturas en el manómetro diferencial Q = calor cedido por el vapor M = flujo másico del vapor q = calor ganado por elaire Cp = calor específico del aire evaluado a la temp. promedio λ = Calor latente de vaporización evaluado a la presión de entrada del vapor al intercambiador T1 = temperatura de entrada del aire T2 = temperatura de salida del aire por lo tanto para obtener la masa de vapor:

1

M=
4) Sección de la aleta.

mCp(t2 − t1) λ

S(Aleta) = δ h Donde: S = sección de la aleta (pie 2). δ =espesor de la aleta (pie). h = altura de la aleta (pie). 5) Area del anillo.

Aa =

π 2 π 2 Di − do − NS 4 4

Donde: Aa = área del anillo (pie2). Di = diámetro interno de la envolvente (pie). do = diámetro exterior del tubo (pie). N = número de aletas.

6) Perímetro mojado. Pm = π(do) - N * δ + 2N * h 7) Diámetro equivalente. De = ( 4 * Aa) / Pm 8) Masa velocidad en el anillo. Ga = m / Aa...