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Intercambiadores de Calor de Tubos Concéntricos

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Jarbin Gómez S.

on 4 April 2014

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Intercambiadores de Calor de Tubos Concéntricos

Marco Teórico
Los Intercambiadores de Calor son equipos que permiten el intercambio de energía entre fluidos que se encuentran a distinta temperatura. Los más sencillos son los de tubos concéntricos: Uno de los fluidos circula por el tubo interior, mientras que el otro lo hace por el espacio anular entre los dos tubos. La circulación de ambos fluidos puede ser en paralelo o en contracorriente.
Una Sola Corriente: Intercambiador en el cual sólo cambia la temperatura de un fluido; en este caso, la dirección de flujo carece de importancia. Ejemplos: Condensadores, Evaporadores y Calderas
Para los intercambiadores de flujo paralelo y de flujo contracorriente, por termodinámica y haciendo un balance de energía se tiene:
COEFICIENTES GLOBALES DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Un parámetro muy importante en cualquier análisis térmico de intercambiadores, es el coeficiente global de TC, el cual se puede definir en términos de una resistencia térmica total para la TC de un fluido a otro, ya sea a través de una placa o de la pared de un tubo, siendo este último, el caso predominante.
Para un condensador simple, que condensa vapor saturado, la ecuación de balance de energía se convierte en:
Esquema Simplificado del Banco
Procedimiento
1. Realizar las conexiones pertinentes de los sensores disponibles (termocuplas, medidores de caudal, etc.) al computador.

2. Asegurarse de que todas las válvulas se encuentren cerradas, excepto las válvula F, G, H, (controlan la salida de liquido condensado).

3. Encender la caldera, y esperar a que comience a producir vapor.
Estudiar el fenómeno de transferencia de calor en intercambiadores de calor de tubos concéntricos.
Banco de Tubos Concéntricos
BALANCE DE ENERGÍA EN UN INTERCAMBIADOR
Marcos Gabriel Castro Villamizar
Juan David Wandurraga Santamaría
Jarbin Stevensom Gómez Suárez
Rodrigo Antonio Jiménez Canabate
Fabio Alessandro Rodríguez
Eder Giovanny Rodríguez Rey
Objetivo General
Determinar la eficiencia individual y global del arreglo de intercambiadores de calor de tubos concéntricos presente en el laboratorio.

Comprobar las correlaciones existentes para el análisis de intercambiadores de calor de tubos concéntricos.

Comparar los valores experimentales del coeficiente global de transferencia de calor con el obtenido teóricamente.
Objetivos Específicos
CONFIGURACIONES GEOMÉTRICAS DE FLUJO EN INTERCAMBIADORES CONCÉNTRICOS
CONFIGURACIONES GEOMÉTRICAS DE FLUJO EN INTERCAMBIADORES CONCÉNTRICOS
Dos Corrientes en Flujo Paralelo:
Intercambiador en el cual los dos fluidos fluyen en direcciones paralelas y en el mismo sentido
Dos Corrientes en Flujo Contracorriente:
Intercambiador en el cual los dos fluidos se desplazan en direcciones paralelas pero en sentidos opuestos.
La efectividad de un intercambiador contracorriente es mayor que la de un intercambiador de corrientes paralelas
CONFIGURACIONES GEOMÉTRICAS DE FLUJO EN INTERCAMBIADORES CONCÉNTRICOS
Resistencia por ensuciamiento
Cuando un intercambiador de calor ha estado en operación durante un periodo largo de tiempo, a menudo las superficies quedan sujetas a la obstrucción debido a impurezas entre el fluido y el material de la pared, afectando de esta manera la transferencia de calor.
La Efectividad (ε)
Compara la velocidad de transferencia térmica real, que es la absorbida por el fluido que se calienta, con la velocidad de transferencia térmica máxima que podría transmitirse en un intercambiador y de superficie infinita.
Procedimiento
4. Abrir la válvula K, que permite el flujo de vapor desde la caldera.

5. Purgar el sistema, debido a posibles acumulaciones de agua de flujos anteriores, para realizar esto, abrir la válvula L, comenzará a salir agua, cerrar la válvula cuando comience a salir vapor.

6. Abrir la válvula I, la cual permite la entrada de vapor al sistema de pre-calentamiento del agua.
Procedimiento
7. Comenzar la circulación de agua por el tubo exterior (casco) del sistema de intercambiadores:
* Encender la bomba 2.
* Abrir la válvula A.
* Abrir la válvula D, para controlar la salida de caudal, abrirla y cerrarla poco a poco, no utilizar un caudal muy grande.

8. Comenzar la circulación de agua por los tubos interiores:
* Encender la bomba 1.
* Abrir la válvula M.
* Abrir la válvula B, utilizar un flujo moderado para que la transferencia de calor se realice más fácilmente.
Procedimiento
9. Observando los datos que arroja el computador, esperar a que el sistema llegue a un punto estable.

10. Si no se observa un cambio de temperatura considerable en los fluidos a la entrada y a la salida del sistema de intercambiadores, variar el caudal para permitir una mejor transferencia de calor.

11. Tomar los datos de caudales, salidas de las válvulas D y B; y las temperaturas de las termocuplas de la 14 hasta la 23.
Cálculos
* Cálculo del caudal de calor transmitido (Q) tanto para el fluido caliente como para el frío.

* Cálculo del área de intercambio de calor.

*Determinación del coeficiente global de transmisión de calor para cada una de las velocidades de circulación del fluido caliente.

*Estudio del efecto del caudal del fluido caliente sobre el coeficiente global de transmisión de calor.

Tablas de Datos
Pruebas (1, 2 y 3):
Tablas de Resultados
Zona de Condensadores:
Zona de Intercambiadores:
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