INTERCAMBIADOR DE CALOR FLUJO LAMINAR VISCOSO



UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
Unidad de Laboratorios - Laboratorio A
Sección Fenómenos de Transporte
Laboratorio de Transferencia de Calor II (TF-2252)






PRÁCTICA 9C: INTERCAMBIADOR DE CALOR FLUJO LAMINAR VISCOSO







Daniel Guillen 09-10383
Jose Vazquez 09-10881
Guillermo Whittembury 10-10777
Sartenejas, 27 de Enero de 2015

En esta práctica se estudió latrasferencia de calor entre el agua y un aceite vítrea 22 que se desplazan a través de dos tubos distintos con flujos másicos variables a distintas temperaturas. El objetivos de esta práctica son comprobar la primera ley de la termodinámica para el intercambiador, determinar los coeficientes de trasferencia de calor del agua, del aceite y el global, comparar el sistema con corriente con el sistema contracorriente y finalmente determinar las eficiencias globales. Para esto se hizo un experimento con distintos parámetros. Se tomaron las temperaturas de entrada y salida tanto del agua como el aceite y se midieron los tiempos que tardó el aceite en llenar 0.1 litro de un volumen. Este experimento se hizo con un flujos másicos de 20 y 40 g/seg tanto para un sistema donde la corriente de ambos fluidosvan en el mismo sentido como para otro donde las corrientes van en sentido contrario. No se pudo comprobar la primera ley de la termodinámica ya que se obtuvo que el calor que sale del aceite es el doble que el que entra al agua. El resto de los resultados se pueden observar en la tabla 3 donde se encuentran los coeficientes de transferencia de calor del agua, aceite y el global. Se obtuvo unaseficiencias de: para 20 g/seg con corriente un 87.69%, para 40 g/seg con corriente un 79.33% para 20 g/seg contra corriente un 78.97% y para 40g/seg contra corriente un 99.65%. Del trabajo se concluyo que un intercambiador de calor donde las corrientes circulan en el mismo sentido es más eficiente que uno donde las corrientes circulan en sentidos opuestos. También que a un flujo menor la eficiencia esmayor.
PORCEDIMIENTO DE CÁLCULO
Para comprobar la primera ley de la termodinámica en este sistema, se procedió hacer un balance de energía tomando como volumen de control los tubos concéntricos de longitud “L” y hechos de cobre por donde se desplaza el aceite vítrea 22 y el agua. Como el sistema se encuentra en estado estacionario, donde las propiedades del sistema no son afectadas por eltiempo, la derivada de la energía con respecto al tiempo se hace cero. Además el sistema está aislado, por lo que se puede suponer que el calor que sale y entra en el sistema es mínimo y se puede asumir cero. Estas suposiciones hacen que la energía que entra o sale del sistema pueda plantearse como el flujo másico de cada fluido multiplicado por su respectiva entalpia, donde esta última puede aproximara la multiplicación del coeficiente calórico a presión constante por un delta de temperatura. Como el cambio de temperatura entre la entrada y la salida de tanto el aceite como el agua son muy pequeños, se puede utilizar un “Cp” constantes calculado para la temperatura media aritmética. Todo esto hace que nos quede la expresión:

Donde
1 - Flujo másico del aceite [Kg/s]
2 - Flujo másico delagua [Kg/s]
Cp - Calor específico [KJ/Kg*K]
T1 y T2 - Temperatura de entrada y salida del aceite
T5 y T6 - Temperatura de entrada y salida del agua
Para calcular el coeficiente de transferencia de calor del agua y el aceite se procedió hacer una suma de resistencias para cada caso. Para el aceite se consideró su convección en el radio interno del tubo interno, luego conducción a travésdel espesor del tubo interno y por último convección de la pared externa del tubo interno al agua. Para el agua se consideró la convección del agua a la pared interna del tubo externo y conducción a través del tubo externo. De la misma forma se hicieron los cálculos para el coeficiente de trasferencia de calor global. Esta es la suma del coeficiente de transferencia de calor del agua mas el del...