banco de intercambiador de calor td36

LABORATORIO DE CONVERSIÓN DE ENERGÍA
ASIGNATURA: TRANSFERENCIA DE CALOR
TEMA:
BANCO DE INTERCAMBIADORES DE CALOR TD36
OBJETIVO:
Determinar la rata de transferencia de calor en intercambiadores de simple fase,
con flujo paralelo y en contracorriente.
TEORIA:
Un intercambiador de calor de simple fase es un recuperador de calor, consistente
en una superficie de transferencia de calor que separa los dos fluidos que fluyen
simultáneamente a través del intercambiador de calor sin cambiar de fase.
Las configuraciones de flujo que ocurren en un intercambiador son:
flujo paralelo, contracorriente, flujo cruzado simple paso o flujo cruzado multipaso.
En la figura No.1, se muestra las trayectorias de la temperatura (cambios de
temperatura) que se tienen en un simple paso de flujo paralelo y contracorriente.
1
a) Flujo Paralelo
b) Flujo Contracorriente
Figura No. 1
Trayectorias de las temperaturas en intercambiadores de calor de simple fase.
El cálculo de la rata de transferencia de calor (Q) se basa en la diferencia de
temperatura media logarítmica, DLMT (ΔT) que viene dada por:
Donde:
ΔTent = diferencia de temperatura a la entrada
ΔTsal = diferencia de temperatura a la salida
Para la que el valor de Q esta dada por:
Donde:
A = área total interior del tubo
U = conductancia total del intercambiador
2
Figura No.2
Esquema de resistencias para un intercambiador de calor
R1 = resistencia por convección
R2 = resistencia por suciedad
R3 = resistencia por conducción
R4 = resistencia por suciedad
R5 = resistencia por convección
Donde los subíndices indican interior y exterior.
Los valores de h se obtienen mediante formulas empíricas para el número de
Nusselt.
EQUIPO UTILIZADO:
En la presente práctica se utiliza el Banco de Transferencia de calor TD36, que
dispone de los siguientes elementos;

2 rotámetros, para medir el caudal de los fluidos.
3

2 termostatos, para conectar y desconectar los calentadores cuando la
temperatura del fluido caliente excede los 80°C

2 presostatos, para conectar y desconectar la unidad de refriqeración.

2 bombas, para suministrar fluido a los intercambiadores de 50 litros/min.

2 calentadores eléctricos de 3 kW cada uno, para calentar el un fluido.

1 Unidad de refrigeración con refrigerante R22.

1 Manómetro diferencial , para medir la caída de presión a lo largo del tubo.

1 Tanque de fluido caliente.

1 Tanque de fluido frío.
Para inhibir la corrosión se añade al agua un químico, La solución es al 20% de
Glycol-etileno.
Se dispone de 4 mangueras de alta presión.
Los intercambiadores de calor son de dos tipos:
De simple paso (un tubo de cobre)
Diámetro exterior: 42 mm.
Diámetro interior:
39.6 mm.
Largo efectivo:
600 mm.
-De multitubo (5 tubos de cobre)
Diámetro exterior: 22 mm.
Diámetro interior:
20,2 mm.
Largo efectivo:
600 mm.
Para medir las temperaturas de entrada y salida de los fluidos se disponen de 4
termómetros (-10°C a 110°C) y se tiene además 4 tomas de presión.
4
PROCEDIMIENTO:
Verificar inicialmente el estado general del banco y de la instrumentación
disponible.
1. Seleccionar en los termostatos las temperaturas de trabajo.
2. Controlar el nivel de fluido tanto en el lado caliente como en el lado frío.
3. Encender el banco, manteniendo apagadas las bombas hasta obtenerse las
condiciones requeridas , estas se dan cuando el termostato de frío se apaga (el
tiempo necesario para el accionamiento de termostato es aproximadamente 2
horas)
4. Se instala el intercambiador, acoplándolo al banco mediante las mangueras de
alta presión, de manera que se obtenga el tipo de flujo a analizar.
5. Encender las bombas, seleccionar los caudales requeridos, purgar el aire del
intercambiador
abriendo
sus
válvulas
superiores
(las
dos
bombas
simultáneamente).
6. Cuando las condiciones se han estabilizado en el intercambiador, se procede a
tomar las lecturas de los termómetros y anotar en la tabla No.1.
7. Variar el flujo, ya sea el caliente o el frío según la tabla No.1 y repetir el paso
anterior.
8. Una vez concluida la lectura de los datos, cambiar el sentido de flujo e iniciar la
practica nuevamente, para lo cual se deben apagar las dos bombas
simultáneamente.
9. Repetir todos los pasos anteriores cambiando de intercambiador.
10. Una vez finalizada la practica apagar las bombas simultáneamente, apagar el
banco, desconectar el intercambiador.
TABULACION DE DATOS:
Registrar los datos en las Tablas No.1 y No.2.
5
INTERCAMBIADORES DE CALOR DE FASE SIMPLE
Intercambiador de tubo simple
FLUJO EN PARALELO
Lado Caliente
FLUJO EN CONTRACORRIENTE
Lado Frío
No. de
Caudal
prueba
(lt/min)
1
5
5
2
10
10
3
15
15
4
20
20
5
25
25
Ti (ºC)
To (ºC)
Ti (ºC)
To (ºC)
Caudal
(lt/min)
Lado Caliente
Ti (ºC)
Lado Frío
To (ºC)
Ti (ºC)
To (ºC)
6
Calentadores de inmersión (KW)
Temperatura del termostato de frío
(ºC)
Temperatura del termostato de caliente (ºC)
Caudal
para
fluido
(lt/min)
constante
Intercambiador multitubo
Calentadores de inmersión
(KW)
Temperatura del termostato de caliente
(ºC) .
Temperatura del termostato de frío
(ºC)
Caudal para fluido
( 1 t/min ) constante
Tabla No.2
FLUJO EN PARALELO
Lado Caliente
FLUJO EN CONTRACORRIENTE
Lado Frío
No. de
Caudal
prueba
(lt/min)
1
5
5
2
10
10
3
15
15
4
20
20
5
25
25
6
Ti (ºC)
To (ºC)
Ti (ºC)
To (ºC)
Caudal
(lt/min)
Lado Caliente
Ti (ºC)
To (ºC)
Lado Frío
Ti (ºC)
To (ºC)
CALCULOS, RESULTADOS Y GRAFICOS

Utilizando las fórmulas de cálculo correspondientes determine el valor de
cada parámetro en las Tablas No.3 y No.4.

Presentar un ejemplo de cálculo con el numero de prueba correspondiente.

Registrar los valores calculados en las Tablas No.3 y No.4.

Finalmente graficar:

Factor adimensional de transferencia de calor vs. caudal

Conductancia total vs. Caudal

Calor transferido vs. caudal
INTERCAMBIADORES DE CALOR DE SIMPLE FASE
Tabla No.3
TUBO SIMPLE
prueba
(lt/min)
1
5
5
5
5
2
10
10
10
10
3
15
15
15
15
4
20
20
20
20
5
25
25
25
25
7
(ºC) (W)
Caudal
(lt/min)
(W/m2ºC
)
AT
Q
(ºC)
(W)
Caudal
U
AT
CONTRACORRIENTE
Caudal
C)
Q
U
FLUJO EN
FLUJO EN PARALELO
CONTRACORRIENTE
A= m2
No. de
(W/m2º
AT
MULTITUBO
FLUJO EN
FLUJO EN PARALELO
U
A= m2
Q
(lt/min) (W/m2ºC) (ºC) (W)
Caudal
(lt/min)
U
(W/m
2ºC)
AT
Q
(ºC) (W)
INTERCAMBIADOR DE CALOR DE TUBO SIMPLE
Tabla No.4
FLUJO EN PARALELO
Caudal
velocidad
(lt/min)
m/s
Re
Nu
h
U
(W/m2ºC
(W/m2ºC
)
)
ATsal
(ºC)
ATen
t
(ºC)
AT
Q
(ºC)
(W)
FLUJO EN
CONTRACORRIENTE
ATsa
ATen
l
t
(ºC)
(ºC)
AT
Q
(ºC)
(W)
5
10
15
20
25
INTERCAMBIADOR DE CALOR MULTITUBO
Tabla No.5
FLUJO EN PARALELO
Caudal
velocida
(lt/min)
d m/s
5
10
15
20
25
8
Re
Nu
h
U
(W/m2ºC
(W/m2ºC
)
)
ATsal
(ºC)
ATen
t
(ºC)
AT
Q
(ºC)
(W)
FLUJO EN
CONTRACORRIENTE
ATsa
ATen
l
t
(ºC)
(ºC)
AT
Q
(ºC)
(W)
PREGUNTAS:
1. Describa las características y ecuaciones principales de un regenerador.
2. Explicar par que el coeficiente de transferencia de calor de fluidos gaseosas
tienen valores más elevados que los de fluidos líquidos.
3. ¿En que equipos de transferencia de calor se tiene intercambiadores de
fase simple?
CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES:
9