Lab. operaciones unitarias

Practica 2. Intercambiadores de Calor
Objetivo
En esta práctica se pretende realizar un análisis sobre el fenómeno de intercambio de calor por convección en dos arreglos diferentes, paralelo y contracorriente, con el fin de identificar las diferencias en base a los resultados obtenidos.
Resumen
En un intercambiador de calor doble tubo se analizó la diferencia de temperatura en lascorrientes, así como el calor máximo que se intercambió y la eficiencia global del sistema, operando lo en dos configuraciones distintas; paralelo y contracorriente, obteniéndose después la configuración que permitía mayor transferencia de calor. Para evaluar las dos configuraciones se registraron temperaturas en estado estacionario. El análisis de los resultados indica que la configuración encontracorriente transfiere mayor calor.
Introducción
La convección es la transmisión de calor por movimiento real de las moléculas de una sustancia. Este fenómeno sólo podrá producirse en fluidos en los que por movimiento natural (diferencia de densidades) o circulación forzada (con la ayuda de ventiladores, bombas, etc.) puedan las partículas desplazarse transportando el calor sin interrumpir lacontinuidad física del cuerpo.
En los sistemas mecánicos, químicos, nucleares y otros, ocurre que el calor debe ser transferido de un lugar a otro, o bien, de un fluido a otro. Los intercambiadores de calor son los dispositivos que permiten realizar dicha tarea. Un entendimiento básico de los componentes mecánicos de los intercambiadores de calor es necesario para comprender cómo estos funcionan y operanpara un adecuado desempeño.
Para esta práctica se utilizó un intercambiador de doble tubo, el cual se describe a continuación.
Este equipo está constituido por dos tubos concéntricos haciendo la función de aumentar la temperatura de un fluido frío y disminuir la del caliente. Uno de los fluidos circula por el interior del tubo de menor diámetro, mientras que el otro circula por el espaciocomprendido entre un tubo y el otro.
Son muy comunes especialmente cuando la fuerza impulsora es grande y el área de transferencia disponible pequeña (15 m2 o menos).

Figura 1. Esquema de intercambiador de calor concéntrico o de doble tubo.
Si sabemos que:
Tfe = Temperatura de entrada del fluido frío.
Tfs = Temperatura de salida del fluido frío.
Tce = Temperatura de entrada del fluidocaliente.
Tcs = Temperatura de salida del fluido caliente.
Entonces las ecuaciones para estos equipos se expresan como función de las temperaturas promedio del seno del fluido.
Es posible calcularse las diferencias de temperatura entre los fluidos.
Flujo a CONTRACORRIENTE:
〖∆T〗_1= Tce – Tfs = Tc1 – Tf1 (Ecn1)
〖∆T〗_2 = Tcs – Tfe = Tc2 – Tf2(Ecn2)
Flujo en PARALELO:
〖∆T〗_1 = Tce – Tfe = Tc1 – Tf1 (Ecn3)
〖∆T〗_2 = Tcs – Tfs = Tc2 – Tf2 (Ecn4)
Uno de los parámetros más importantes en el diseño de un intercambiador de calor es el coeficiente global, U (W/m2°C), la cual es análoga al coeficiente de transferencia de conveccióncomún, h:
Q=UA ∆T (Ecn5)
La ecuación global de transferencia de calor para un intercambiador de doble tubo es:
1/U_e =A_e/(h_i A_i )+(A_e ln(de⁄di))/2πkL+1/h_e (Ecn6)
Metodología y materiales
La práctica se llevó a cabo utilizando un intercambiador de calor “Shell and Tube Heat Exchanger HT33”conectado a la unidad de control “HT30X Heat Exchanger Service Unit”, y se utilizó la computadora como unidad de control, con ayuda del software es posible configurar el arreglo en paralelo o contracorriente y los flujos, y las temperaturas son registradas en tablas y gráficas. El fluido de trabajo utilizado fue agua. La metodología fue la siguiente:
Encendido de la computadora y apertura del...