Informe tranferencia de calor

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c.1) Intercambiador 1-1 a contracorriente

El intercambiador de tubos y carcasa más simple es aquel en el que el fluido frío entra y circula por los tubos en paralelo en un solo paso, mientras que el fluido caliente entra por el otro extremo y fluye a contracorriente por el exterior de los tubos. A este intercambiador de le conoce como “intercambiador 1-1 a contracorriente”.

Son utilizados deflectores transversales de tal manera que el fluido se ve forzado a fluir perpendicularmente por la batería de tubos en lugar de hacerlo en paralelo. Esta turbulencia adicional generada por el flujo transversal, aumenta el coeficiente de transferencia de calor de la coraza. Este tipo de intercambiador se puede ver en la Figura 2.3.

[pic 4]

Figura 2.3 Intercambiador 1-1 a contracorriente.

c.2) Intercambiador 1-2 paralelo-contracorriente

Un intercambiador un poco más complejo que el anterior corresponde al “1-2 paralelo-contracorriente”. El líquido en los tubos fluye pasando dos veces y el líquido de la coraza fluye en un solo paso. En el primer paso por los tubos, el fluido frío fluye a contracorriente del fluido caliente de la coraza y en el segundo paso por los tubos fluye en paralelo con el fluido caliente. El esquema de dicho intercambiador se muestra en la Figura 2.4.

[pic 5]

Figura 2.4 Intercambiador 1-2 a contracorriente.

Otro tipo de intercambiador opera con 2 pasos por la coraza y 4 pasos por el tubo.

El tipo de intercambiador utilizado en esta experiencia es un condensador multitubular 1-2 paralelo-contracorriente el que está formado por un recipiente cilíndrico de chapa de acero extra-grueso y tubos interiores, por los que circula el agua enfriadora.

Calor absorbido por el agua.

El calor absorbido por el fluido frío en el intercambiador se puede evaluar a partir de la ecuación de diseño de éste:

[pic 6]

Ec. 2.1

Donde:

Qabs

: Calor absorbido por el agua líquida [W]

UD

: Coeficiente global de transferencia de calor sucio [W/m2K]

At

: Área de intercambio de calor [m2]

FT

: Factor de corrección [adimensional]

ΔTml

: Temperatura media logarítmica [K]

Y la temperatura media logarítmica define como:

[pic 7]

Ec. 2.2

Donde:

T1

: Temperatura de entrada del fluido caliente, vapor [K]

T2

: Temperatura de salida del fluido caliente, vapor [K]

t1

: Temperatura de entrada del fluido frio, agua [K]

t2

: Temperatura de salida del fluido frio, agua [K]

Para el caso de condensación, la temperatura del vapor y el condensado se razonarán iguales, por lo tanto FT se considerará igual a 1.

El calor absorbido se refiere al calor que absorbe el agua en el interior de los tubos del intercambiador. De esta manera también puede calcularse mediante un balance de energía como:

[pic 8]

Ec. 2.3

Donde:

wagua

: Flujo másico de agua [Kg/s]

Cpagua

: Capacidad térmica del agua [J/Kg K]

(t2 – t1)

: variación de temperatura entre la entrada y salida de agua en el intercambiador [K]

El flujo másico se establecerá, realizando una curva de calibración ΔH de la placa orificio vs. Flujo másico de salida

Calor cedido por el vapor

Igualmente es necesario calcular el calor cedido por el vapor, para lo que se utiliza la siguiente expresión:

Ec. 2.4[pic 9]

En la que:

: Calor cedido por el vapor [W][pic 10]

: Flujo másico de vapor [Kg/s][pic 11]

: Calor latente de condensación [J/Kg][pic 12]

Pérdidas de calor

Cálculo de Pérdidas de calor experimental

Realizando un balance de energía total al sistema se obtiene que el calor perdido en el sistema es la resta del calor cedido por el vapor () con el calor absorbido por el agua (Qabs). Así, queda definido según la siguiente ecuación: [pic 13]

Ec. 2.5[pic 14]

Donde:

: Calor perdido a través de la carcasa [W][pic 15]

Cálculo de Perdidas de calor teórico

También se puede determinar mediante la medición de temperaturas en distintos puntos de la carcasa utilizando la ecuación que se presenta a continuación:

Ec. 2.6[pic 16]

Donde:

: Coeficiente convectivo de t. de calor en el interior de los tubos [W/m2K].[pic 17]

As: Área de transferencia de calor [m2].

: Temperatura de pared