LABORATORIO INTEGRAL III

LABORATORIO INTEGRAL III

EQUIPOS:7, 1, 2, 3, 4, 5, 6PRACTICA No. 07INTERCAMBIADOR DE CALOR DE DOBLE TUBO (SIMULACIN)SEMESTRE:ENERO-JUNIO 2011

PRCTICA 07INTERCAMBIADOR DE CALOR EN LABORATORIO VIRTUALMARCO TEORICOTRANSFERENCIA DE CALORProceso por el que se intercambia energa en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que estn a distinta temperatura. El calor se transfiere mediante conveccin, radiacin o conduccin. Aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos. Por ejemplo, el calor se transmite a travs de la pared de una casa fundamentalmente por conduccin, el agua de una cacerola situada sobre un quemador de gas se calienta en gran medida por conveccin, y la Tierra recibe calor del Sol casi exclusivamente por radiacin.La conduccin es la transferencia de calor a travs de un objeto slido: es lo que hace que el asa de un atizador se caliente aunque slo la punta est en el fuego. Se debe, en parte, al movimiento de los electrones libres que transportan energa cuando existe una diferencia de temperatura.La ley de Fourier de la conduccin del calor. Esta ley afirma que la velocidad de conduccin de calor a travs de un cuerpo por unidad de seccin transversal es proporcional al gradiente de temperatura que existe en el cuerpo (con el signo cambiado).La conveccin transfiere calor por el intercambio de molculas fras y calientes: es la causa de que el agua de una tetera se caliente uniformemente aunque slo su parte inferior est en contacto con la llama. Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un lquido o un gas, es casi seguro que se producir un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del fluido a otra por un proceso llamado conveccin. El movimiento del fluido puede ser natural o forzado. Si se calienta un lquido o un gas, su densidad (masa por unidad de volumen) suele disminuir. Si el lquido o gas se encuentra en el campo gravitatorio, el fluido ms caliente y menos denso asciende, mientras que el fluido ms fro y ms denso desciende.La radiacin es la transferencia de calor por radiacin electromagntica (generalmente infrarroja): es el principal mecanismo por el que un fuego calienta la habitacin.Las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino que pueden estar separadas por un vaco. La radiacin es un trmino que se aplica genricamente a toda clase de fenmenos relacionados con ondas electromagnticas. Algunos fenmenos de la radiacin pueden describirse mediante la teora de ondas, pero la nica explicacin general satisfactoria de la radiacin electromagntica es la teora cuntica.INTERCAMBIADOR DE CALOR DOBLE TUBO

Es un equipo de paso que facilita el intercambio de calor entre dos fluidos que se encuentran a temperaturas diferentes evitando que se mezclen entre s.Es el tipo ms sencillo de intercambiador de calor. Est constituido por dos tubos concntricos de dimetros diferentes. Uno de los fluidos fluye por el tubo de menor dimetro y el otro fluido fluye por el espacio anular entre los dos tubos. En este tipo de intercambiador son posibles dos configuraciones en cuanto a la direccin del flujo de los fluidos: contraflujo y flujo paralelo. En la configuracin en flujo paralelo los dos fluidos entran por el mismo extremo y fluyen en el mismo sentido. En la configuracin en contraflujo los fluidos entran por los extremos opuestos y fluyen en sentidos opuestos.A) En un intercambiador de calor en flujo paralelo la temperatura de salida del fluido frio nunca puede ser superior a la temperatura de salida del fluido caliente.B) En un intercambiador de calor en contraflujo la temperatura de salida del fluido frio puede ser superior a la temperatura de salida del fluido caliente. El caso lmite se tiene cuando la temperatura de salida del fluido frio es igual a la temperatura de entrada del fluido caliente. La temperatura de salida del fluido frio nunca puede ser superior a la temperatura de entrada del fluido caliente.En la figura siguiente se muestran esquemas de las dos configuraciones as como la evolucin de la temperatura de los fluidos en cada una de ellas:

MATERIAL Y EQUIPO UTILIZADOS Laboratorio virtual de operaciones unitarias (VUOL)

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL1. Utilizar el intercambiador de calor de doble tubo para recopilar datos que determinen las correlaciones de coeficiente de transferencia de calor local y global. 2. Los fluidos de proceso son agua fra y caliente.3. El mdulo simula a un intercambiador con las siguientes caractersticas:

Ajustar las temperaturas y los flujos de entrada con los rangos siguientes: Flujo de agua caliente: 40 lb/min Flujo de agua fra: 6 a 50 lb/min (variable manipulable) Temperatura de entrada mxima (agua caliente): 140F Temperatura de entrada de agua fra: Ambiente (70-80F)4. El programa comenzar a ejecutar, mostrar las temperaturas de las grficas y digitales. El tiempo y la salida se registran en el archivo especificado, en formato de texto. Este archivo es fcilmente importar a Excel para grficos y anlisis.5. Ejecute el programa para obtener los datos que usted necesita para los clculos. Para cambiar un escenario de ejecucin, haga clic en el botn de "Stop programa" en la mitad superior de la pantalla. Restablecer insumos y vuelva a iniciar el programa. Se le pedir un nuevo nombre de archivo guardar el archivo de salida. Si no se especifica un nombre de archivo de nuevo, los datos de la simulacin nuevo se anexar a los datos ya se encuentran en el archivo.6. Una vez que se obtienen datos suficientes, la simulacin se puede apagar. Esto se hace por detener la simulacin y cerrar la ventana del experimento.7. Lmites de operacin: La temperatura de tubo y coraza no debe exceder de los 200F. El nmero de Reynolds no debe exceder los 50,000 en lado tubo y lado coraza.RESULTADOSCONTRACORRIENTETubo Coraza

Corridas VH (gal/min)Vc (ft^3/min)TH (F)Tc (F)TH (F)Tc (F)

24.360.301056097.0975.23

34.360.3011060101.2176.92

55.500.4012070112.5883.55

65.500.4512070112.4682.25

86.000.6013080122.8389.57

CORRIDAVH (gal/min)Vc (ft^3/min)TH (F)Tc (F)TH (F)Tc (F)TH (F)Tc (F)

12.910.20956075.6586.8274.7287.00

24.360.301056097.0975.2374.7097.42

34.360.3011060101.2176.9276.33101.58

45.000.3511560106.2576.5776.10106.56

55.500.4012070112.5883.5576.91106.56

65.500.4512070112.4682.2577.48106.56

76.000.5012570117.2682.3778.06106.56

86.000.6013080122.8389.5778.64106.56

DATOS

Fluido frio agua

PM18

UnidadesKF

T1288.7160.00

T2314.57106.56

Tprom301.64

Unidadeskg/hft^3/min

W594.510.35

Unidades J/gmolKkcal/kg/K

Cp94.3691.253040684

Unidadeskg/m3

Densidad, 990

Unidadeskg/m*hkg/m*s

Viscosidad, 2.5920.00072

UnidadesJ/m*s*Kkcal/m*h*K

K0.294760.253617591

Q=19269.24962

inftm

Dinterno2.06700.17220.0525

Do2.38000.19830.0605

in^2ft^2m^2

Area delflujo3.35560.02330.0022

DATOS

Fluido caliente agua

PM18

KF

T1319.26115

T2297.6576.10

Tprom308.46

UnidadesKg/h(gal/min)

W1135.6323585.00

UnidadesJ/gmolKkcal/kgK

Cp93.9141.24699915

Unidadeskg/m*m*m

Densidad, 983

Unidadeskg/m*skg/m*h

Viscosidad, 0.0006452.322

UnidadesJ/m*s*Kkcal/m*h*K

K0.291590.25089006

Q=2304863.409

inftm

D12.380.200.06

D23.070.260.08

De1.570.130.04

De'0.690.060.02

Dinterno2.06700.170.05

in^2ft^2m^2

Area del flujo2.9438460.0204430.001899

Tubera interior

Velocidad msica

Unidadeskg/h*m*m

Gp=274613.1078

Obtener Re

Re=5562.3775

Factor de colulborn Jh

JH=25

Obtener Pr

Pr=12.80621523

Obtener hi y obtner hio

hi/t= 282.5435865

Unidades

Unidadeskg/h*m*m

Ga=597936.7872

Obtener Re

Re=10300.37532

Factor de colulborn Jh

JH=37

Obtener Pr

Pr=11.54103936

Obtener ho

ho/a=524.4533022

hio/t=245.3855434

Paralelo

Wc (kg/h)UD (kcak/h*m*/C)

339.7264.9561

509.5886.4495

509.5890.0810

594.5194.0674

679.44114.2066

764.37118.1190

849.30132.0450

1019.16140.8898

EQUIPONo. 1

LABORATORIO INTEGRAL III[Escribir el subttulo del documento]

ARTEAGA TREJO JONATHAN BRYANRUBIO CRUZ SERGIO ALBERTOLABORATORIO INTEGRAL III

CLCULOS Y RESULTADOS

AGUA FRA

T(F)T(K)DENSIDAD(Kg/m^3)DENSIDAD(lb/m3)

73295,92997,592199,3

75297,03997,152199,66

78298,7996,952197,89

79299,26996,712197,36

FACTOR DE CONVERSION =35,313

PARA T=73F

FLUJO (lb/min)volumen (m^3/min)volumen(ft^3/min)

450,0204610560,72254126

PARA T=75F

FLUJO (lb/min)volumen (m^3/min)volumen(ft^3/min)

450,0204577070,72242301

PARA T=78F

FLUJO (lb/min)volumen (m^3/min)volumen(ft^3/min)

450,0204741820,72300479

PARA T=79F

FLUJO (lb/min)volumen (m^3/min)volumen(ft^3/min)

450,020479120,72317918

AGUA CALIENTE

T(F)T(K)DENSIDAD(Kg/m^3)DENSIDAD(lb/m^3)

80280,371003,032211,3

90305,37993,712190,75

130327,59985,432172,5

135330,37984,392170,2

PARA T=80F

FLUJO(Lb/min)VOL(m^3/min)VOL(gl/min)

400,0180889074,7551

PARA T=90F

FLUJO(Lb/min)VOL(m^3/min)VOL(gl/min)

400,0182585874,8079

PARA T=130F

FLUJO(Lb/min)VOL(m^3/min)VOL(gl/min)

400,0184119684,856

PARA T=135F

FLUJO(Lb/min)VOL(m^3/min)VOL(gl/min)

400,0184314814,868

CLCULOS

LADO TUBOLADO CORAZA

vel. Msica(kg/h*m)262924,1578837078,808

Re959,43041264424,04264

jH4,8170

Pr13,14699911,90547605

hi/t235,92979313908,40234

hio/t47,8996957

T de pared tw297,226568

t 1,02599884s1,0111694

coef.Pelculahio 49,1450321ho14063,75085

coef.global trans.calor Uc48,9738954

1/UD0,0234

UD42,725

Wc (kg/h)UD

1224.6442725

1223.9655788

ANLISIS DE RESULTADOSPodemos deducir que conforme aumenta el flujo fro, el coeficiente de transferencia de calor (UD) se incrementa; es decir que es directamente proporcional.

EQUIPONo. 2

INTERCAMBIADOR DE CALOR (SIMULACN)

1. Graficar el coeficiente global de transferencia de calor en funcin de la velocidad de flujo de agua fra.

DATOSUNIDADESAGUA CALIENTEAGUA FRA

Velocidad FlujoGPM, ft3/min50.09640.8078

TeF140 mxima7080

DensidadKg/m3958.8120996.77991.3667

Por lo tanto establecemos que los rangos de velocidades de flujo son:

Tomando en cuenta que el fluido fro pasara por el lado de los tubos y el fluido caliente circular por lado coraza.

CORRIDASVHVCTHTC

12.00.20138.6671.93

22.50.25120.4595.96

33.00.30122.7992.89

43.50.35124.6290.47

54.00.40139.3870.97

64.50.45139.4570.86

74.60.50139.5070.77

84.70.60127.4683.15

94.80.70139.6570.55

1050.80127.8980.17

W (Kg/hr)Cp (J/grmolK)Q (Kcal/hr)

424.6594.4772790.822588

824.469091993.7262659.3633

Wc (kg/h)UD (kcak/h*m*/C)

339.529.2046

424.6410.7547

509.5811.2196

594.5112.3600

679.4413.5098

764.3713.9408

849.3014.3805

1019.1614.8235

1189.0215.2649

1358.8816.0689

EQUIPO No. 3

PRCTICA 7:INTERCAMBIADOR DE DOBLE TUBO VIRTUAL

Datos: Se muestran datos de entrada de de agua fra y caliente:CORRIDA

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

INLETOUTLET

Tc (F)Tfrio (F)Tc (F)Tfrio (F)

807577.9776.76

857581.7678.30

907586.0279.79

957590.5181.27

1007595.0782.09

10575100.0882.82

11080105.0486.49

12080113.3287.96

13080121.6187.56

14080129.8888.55

Se muestran los volmenes utilizados para cada corrida en Galones por minuto (GPM) para la corriente de agua caliente y pies cbicos por minuto para corriente de agua fra, tanto la entrada como la salida.

CORRIDAVc (gal/min)Vfrio (ft^3/min)

11.250.20

21.870.25

32.500.28

43.120.30

53.750.35

64.750.40

74.870.50

84.870.55

95.000.75

105.000.80

Consideraciones:

fluido frio lado tubos

fluido caliente lado carcaza

DENSIDAD DEL AGUA A 140F=333K

958.812kg/m3

Algunas propiedades del agua a una temperatura promedio Tc.Fluido frio (agua)

PM (g/gmol)=18

KF

T1296.8875

T2297.8876.76

Tc297.3875.88

W(Kg/hr)

325.803

Cp J/gmolKkcal/kgK

92.2831.225342575

kg/m^3

Densidad, 941.49

kg/mhkg/ms

Viscosidad, 1.28160.000356

J/msKkcal/mhK

K0.271440.2336

Q399.220671Kcal/hr

Fluido Caliente (agua)

PM (g/gmol)=18

KF

T1299.6680

T2298.538977.97

Tc299.0994578.985

Kg/h(gal/min)

W0.090500924.82

CpJ/gmolKkcal/kgK

94.1831.251

kg/m^3

Densidad, 986.97

kg/mhkg/ms

Viscosidad, 2.48040.000689

J/msKkcal/mhK

K0.293520.25255067

Q9162.40567Kcal/hr

1 lb=0.4536kg

1 m3=264.17gal

1m3=35.315ft3

1hr=60min

PASO 2

T12.78

T20.6589

Tml1.47501614

TUBERIA INTERIORARREGLO

1 * 5/8

inftm

Dinterno0.48320.04030.0123

Do2.38000.19830.0605

in^2ft^2m^2

Area tubo0.18340.00130.0047

SECCIN ANULAR

inftm

D10.870.070.02

D21.000.080.03

De0.280.020.01

De'0.130.010.00

Dinterno1.380.120.04

in^2ft^2m^2

Area anular0.1909300.0013260.000123

CLCULOS TUBERA INTERIOR

5

kg/h*m*m

Gp=69948.3614

6

Re=669.8639

7

JH=5.8

8

Pr=6.72396355

10

hi/t= 208.317748

hio/t=16.050652

11

Tw=299.096721

kg/m*skg/m*h

w =0.0004661.6776

12

t=0.96300595

13

hio=15.4568735

14

Uc=15.43450733

15

Rd=0.002986289

1/UD=0.067776177

UD=14.75444682

CLCULOS SECCIN ANULAR

5

kg/h*m*m

Ga=8527993.57

6

Re=24402.0006

7

JH=123

9

Pr=12.282352

10

ho/a=10098.2749

11

kg/m*skg/m*h

w 0.0004661.6776

12

a=1.05627418

13

ho=10666.547

Graficar el coeficiente global de transferencia de calor como funcin de la velocidad de flujo de agua fra.

Wc (Kg/h)Ud

325.214.7544

163.336184.653

408.17204.48

680.45220.99

952.57223.513

1224.68232.93

Anlisis y discusin de resultados:En la realizacin de esta simulacin, se tomaron en cuenta diez corridas diferentes variando los flujos de entrada y las temperaturas de las corrientes fra y caliente.

Para el caso 1se observa la proporcionalidad casi directa que existe entre el flujo de agua fra y el coeficiente global de transmisin de calor. Para poder realizar la grafica se tuvieron que realizar clculos tomando en cuenta algunas propiedades de agua a temperaturas promedio.

Conclusiones:Se puede observar que el coeficiente global de transferencia de calor es un parmetro importante para la determinacin del rea total de transferencia de calor junto con la carga trmica y la T.

EQUIPONo. 4

INLETOUTLETCONTRACORRIENTEOUTLET PARALELO

CORRIDAVH (gal/min)Vc (ft^3/min)TH (F)Tc (F)TH (F)Tc (F)TH (F)Tc (F)

12,910,20956075,6586,8274,7287,00

24,360,301056097,0975,2374,7097,42

34,360,3011060101,2176,9276,33101,58

45,000,3511560106,2576,5776,10106,56

55,500,4012070112,5883,55

65,500,4512070112,4682,25

76,000,5012570117,2682,37

86,000,6013080122,8389,57

Fluido fro por lado tubos y fluido caliente por seccin anular:Fluido caliente agua

PM18

KF

T1319,26115

T2297,6576,10

Tprom308,46

UnidadesKg/h(gal/min)

W1135,6323585,00

UnidadesJ/gmolKkcal/kgK

Cp93,9141,24699915

Unidadeskg/m*m*m

Densidad, r983

Unidadeskg/m*skg/m*h

Viscosidad, m0,0006452,322

UnidadesJ/m*s*Kkcal/m*h*K

K0,291590,250890057

Fluido frio agua

PM18

UnidadesKF

T1288,7160,00

T2314,57106,56

Tprom301,64

Unidadeskg/hft^3/min

W594,510,35

Unidades J/gmolKkcal/kg/K

Cp94,3691,253040684

Unidadeskg/m3

Densidad, 990

Unidadeskg/m*hkg/m*s

Viscosidad, 2,5920,00072

UnidadesJ/m*s*Kkcal/m*h*K

K0,294760,253617591

Q=19269,24962

Tml= [(319.26-314.57)-(297.65-288.71)]/ln[(319.26-314.57)/(297.65-288.71)]Tml= 15.17221736 C

Tamao de los tubos:IPS 3X2inftm

D interno2,06700,17220,0525

Do2,38000,19830,0605

in^2ft^2m^2

rea del flujo3,35560,02330,0022

inftm

D12,380,200,06

D23,070,260,08

De1,570,130,04

De'0,690,060,02

D interno2,06700,170,05

in^2ft^2m^2

rea del flujo2,943850,0204430,001899

Tubera interiorTubera exterior ( seccin anular)

Velocidad msicaUnidades

Unidadeskg/h*m*mUnidadeskg/h*m*m

Gp=274613,1078Ga=6E+05

Obtener ReObtener Re

Re=5562,3775Re=10300

Factor de Colulborn JhFactor de Colulborn Jh

JH=25JH=37

Obtener PrObtener Pr

Pr=12,80621523Pr=11,54

Obtener hi y obtener hioObtener ho

hi/t= 282,5435865ho/a=524,5

hio/t=245,3855434

Calculo de la temperatura de pared

Tw=306,2827483

kg/m*skg/m*hkg/m*skg/m*h

Viscosidad W0,0006682,4048viscosidad W7E-042,4048

Calculo de tCalculo de a

t=1,010550089a=0,995

Calcular hioCalcular ho

hio=247,9743828ho=521,9

Coeficiente global de transferencia de calor limpio

Uc=168,1011799

Calculo del coeficiente global de transferencia de calor de diseo considerando incrustaciones

Rd=0,002986289

1/UD=0,008935087

UD=111,9183234

1)

Wc (kg/h)UD (kcak/h*m*/C)

339,7264,9561

509,5886,4495

509,5890,0810

594,5194,0674

679,44114,2066

764,37118,1190

849,30132,0450

1019,16140,8898

PARALELO1er corrida

Para correlacionar con Sieder-Tate y obtener los valores de h1, se utiliza la siguiente ecuacin, las propiedades se evalan a las temperaturas obtenidas en cada corrida.tuberia exteriortuberia interior

CORRIDAh2 (kcal/m^2*h*K)h1 (kcal/m^2*h*K)Re2Pr2K2

1313,4901282,59335469,1059312,58690,253161

2472,5327399,62709435,4111,01820,24966

3478,4653400,74279802,6110,63220,24865

4548,8677459,889311738,0610,210,2475

5607,0836532,776013533,549,770,2462

6607,0836591,565413533,549,770,2462

7665,3108650,201415361,259,42560,2451

8674,0410786,819716009,019,070,2439

RE1Pr1k1

2893,199814,0090,25579

4106,19814,770,25706

4140,8714,650,25688

4819,3814,680,2569

5975,2513,580,255

6687,2313,650,2552

7430,2613,65210,2551

9669,812,630,2532

Anlisis de resultados:Como puede verse en el primer punto el coeficiente global de transferencia de calor aumenta conforme aumenta el flujo msico de del fluido fro.

EQUIPO No. 5

PRACTICASIMULACION INTERCAMBIADOR DE CALOR.

Esta prctica se realizo por medio de un simulador de un intercambiador de calor de doble tubo y dos pasos que se utiliza para recopilar datos para determinar coeficientes de correlaciones locales y globales de transferencia de calor. Los fluidos de proceso son agua caliente y fra.El mdulo simula un intercambiador con las siguientes caractersticas: Tubo exterior nominal 1 in. Cmara de aire nominal de identificacin 5/8 in. Intercambiador de Calor de 6.92 ft. Tubos 16 BWG de cobre.

RESULTADOS EXPERIMENTALES OBTENIDOS.Las siguientes tablas muestran los ajustes dados para las condiciones de entrada antes de ejecutar la simulacin.Tc entrada (F)Th entrada (F)Tc (C)Th (C)c (kg/m3)h (kg/m3)c (lb/gal)h (lb/gal)

7412523.3351.66995.29983.678.308.20

7512523.8851.66995.09983.718.308.20

7613224.4455.55994.89981.848.308.19

7913926.1159.44994.28979.958.298.17

8215027.7765.55993.66976.878.298.15

ContracorrienteParalelo

Fh (lb/min)Fc (lb/min)Fh (GPM) Fc (CFM)Th salida (F)Tc salida (F)Th salida (F)Tc salida (F)

40154.8632460.2409123114.594.15115.0993.21

40204.8632460.3212164116.6491.1116.9790.59

40254.8632460.4015205122.6990.99123.0190.58

40304.8632460.4818246128.7992.75129.1292.41

40474.8632460.75485854137.9792.41138.392.2

Las siguientes tablas muestran algunas propiedades del agua:LADO TUBOS

Fluido Fro (H2O)

PM=18g/mol

TemperaturasKF

T1=297.594444476

T2=307.677777894.15

Tc=302.6361111

Flujo msicoKg/hft3/min

W=409.21363280.2409123

Capacidad Calorfica J/gmolKkcal/kgK

Cp=94.3381.25262906

Densidadkg/m3

=989.1624

Viscosidadkg/m*skg/m*h

=0.0007152.574

Conductividad TrmicaJ/m*s*Kkcal/m*h*K

k=0.294560.25344551

Flujo de calor trasferido entre los tubos

Q=5738.192034kcal/h

LADO SECCIN ANULAR

Fluido caliente (H2O)

PM=18g/mol

TemperaturasKF

T1=324.82125

T2=318.98114.5

Tc=321.9

Flujo msicoKg/h(gal/min)

W=1104.57184.863245673

Capacidad CalorficaJ/gmolKkcal/kgK

Cp=93.1771.237213193

Densidadkg/m3

=969.8226

Viscosidadkg/m*skg/m*h

=0.0005251.89

Conductividad TrmicaJ/m*s*Kkcal/m*h*K

k=0.285290.245469407

Flujo de calor trasferido entre los tubos

Q=600370.688kcal/h

3) Calcular la Tml

T1=22.5

T2=17.1388889

Tml=19.7201416

EQUIPONo. 6

Abuelo[Escriba su direccin] [Escriba su nmero de telfono] [Escriba su direccin de correo electrnico] INSTITUTO TECNOLGICODE PACHUCA

LABORATORIO INTEGRAL III

SIMULACIN DE INTERCAMBIADOR DE CALOR

FUNES GUERRERO KAREN JACELMAYRA HERNNDEZ DOMNGUEZ

Ing. Filemon Monzalvo Licona

ING. QUMICAVIERNES, 8 DE ABRIL DE 2011.

INTERCAMBIADOR DE CALOR1. Graficar el coeficiente de transferencia de calor total del intercambiador como una funcin de la velocidad de flujo de agua fra. el coeficiente es constante a lo largo de la longitud del intercambiador?2. Asumir que la pelcula de la parte exterior es descrita por la correlacin de Seider-Tate. De esta estimacin, y el valor del coeficiente global, determinar el coeficiente de pelcula interno.3. Demostrar una comparacin grafica del nmero de Nusselt simulada dentro del intercambiador con la predicha por la correlacin de Seider-Tate. Qu tan buena es la correlacin en la prediccin de la transferencia de calor en el intercambiador de doble tubo?4. Comparar cuantitativamente la eficiencia de la transferencia de calor en el modo paralelo y con la de modo en contracorriente.5. Establecer la constante de tiempo del intercambiador como una funcin del nmero de Reynolds por el lado tubo.6. Disear un intercambiador de capacidad industrial, para enfriar 1000 gal/min de agua de 200 F a 120F. Una cantidad ilimitada de salmuera al 5% est disponible. Mostrar claramente como usaste tus datos piloto de esta simulacin a una mayor escala.Procedimiento de operacin:1. Ajustar la temperatura de entrada y las velocidades de flujo a un conjunto de valores dentro de los rangos indicados en el cuadro siguiente.Variable de procesoRango de operacin

Velocidad de flujo de agua caliente40 lb/min (nominal)

Velocidad de flujo de agua fra6 a 50 lb/min (variable a manipular)

Temperatura de entrada de agua caliente140F mx.

Temperatura de entrada de agua fraAmbiente, normalmente 70 a 80 F

ConversionesT=140F=333.15K

= 983.24kg/m3

Fluido fro: T=75F=297.04K14 T

293.15998.23

297.04

298.15997.08

Corrida 1

Corrida 2

Corrida 3

Corrida 4

Corrida 5

Primera corrida Contracorriente.Flujo fro= 0.225 ft3/min T=75FFluido caliente=4.88 gal/min T=140FCalculando el flujo de Calor

Calculando el rea:

Los clculos son realizados en Excel.

CorridaT1 (F)T2(F)T1 (k)T2(k)TpromCp (kJ/kg K)Cp (BTU/lbF)Flujo (W) lb/mint1 (F)t2 (F)

1140125.962333.15325.35329.254.18540.99971475101.905

2140129.415333.15327.27330.214.18580.9998227594.411

3140128.98333.15327.03330.094.18580.9998307589.878

4140128.727333.15326.89330.024.18570.9997387587.072

5140128.563333.15326.80329.974.18570.9997467585.141

Calculando el flujo de calor:

CorridaT1 (F)T2(F)Cp (BTU/lbF)Flujo (W) lb/minQ (BTU/min)

1140125.9620.999714196.467916

2140129.4150.999822232.815426

3140128.980.999830330.518732

4140128.7270.999738428.265832

5140128.5630.999746525.966642

Calculando el coeficiente de transferencia de calor para cada corrida:

CorridaT1 (F)T2(F)t1 (F)t2 (F)A=TmlQ (BTU/min)U (BTU/min ft2 F)

1140125.96275101.9052.391444.2169177196.4679161.8580377

2140129.4157594.4112.391449.871904232.8154261.952122878

3140128.987589.8782.391452.0271618330.5187322.656545696

4140128.7277587.0722.391453.3265024428.2658323.358316901

5140128.5637585.1412.391454.208418525.9666424.057353203

Grfico 1. Coeficiente global.

ANLISIS Y DISCUSIN DE RESULTADOS.A contracorriente se determinaron los coeficientes globales de transferencia de Calor en cada una de las 5 corridas realizadas, en el Grfico 1 se puede observar que el coeficiente de transferencia no es constante, por lo que se requiere calcular el coeficiente de transferencia cada vez que el flujo de agua fra cambie.CONCLUSINEl coeficiente de transferencia de calor, engloba la conduccin y conveccin interfacial, si aumentamos el flujo frio, el coeficiente de transferencia de calor tambin aumentar.Referencias:http://www.che.ttu.edu/vuol/

EQUIPONo. 8

Prctica no 7: Intercambiador de calor (simulacin)

Un intercambiador de calor de doble tubo de dos pasos, se utiliza para recoger datos para determinar el coeficiente de transferencia de calor local y global de correlacin. Los fluidos de proceso son el agua caliente y fra. El mdulo simula un intercambiador con las siguientes caractersticas.

Dimetro nominal del tubo exterior1 in

Dimetro nominal del tubo interior5/8 in

Longitud del intercambiador de calor6.92 ft

TubosAsumimos 16 BWG de cobre

1.- Primero dar click en el link que aparece en el simulador para poner en marcha el intercambiador de calor2.- Ajustar la temperatura de entrada y caudales de un conjunto de valores dentro de los rangos indicados en el cuadro siguienteVARIABLES DE PROCESORANGO DE OPERACIN

Flujo del agua caliente40 lb/min (nominal)

Flujo del agua fra6 a 50 lb/min (variable manipulada)

Temperatura del agua caliente140 F max

Temperatura del agua fraAmbiente, por lo general 70-80 F

Grafica de Flujo VS U

calculo de coeficiente de pelicula

asumiendo que la ec describe el coef. De pelicula exterior

Para :W=40lb/min

w=30lb/min

FT1T2t1t2

14089.8875128.96

Temperatura promedio del lado caliente114.94F

61.788lb/ft3

0.5981cP1.447402lb/ft hr

cp0.989btu/ln F

k0.3693Btu/h ft F

DI0.625in7.5ft

G1766.789655lb/h ft2

w0.4764cP1.152888lb/ft hr

hi=3.60337271Btu/hr ft 2 F

Anlisis y discusin de resultadosSe obtuvo la grafica de coeficiente global de transferencia de calor vs flujo de agua fra en pies3 /min, en la cual se observa que el coeficiente de transferencia de calor disminuye con respecto a la cantidad de agua fra que se alimenta al intercambiador de calor. El coeficiente global de transferencia depende de la resistencia que se presente en la tubera y los clculos donde incluye este parmetro, generalmente se suponen consideraciones como que no hay variaciones ni de resistencias ni de flujo a lo largo de la tubera, Por lo tanto consideran un coeficiente global de transferencia de calor constate, pero esto no quiere decir que en realidad as sea.ConclusionesEl coeficiente global de transferencia calor no es constante a lo largo de la tubera. El coeficiente global de transferencia de calor disminuye cuando la cantidad de fluido frio que entra al intercambiador de calor aumenta.

EQUIPONo. 9

PRCTICA 7INTERCAMBIADOR DE CALOR DOBLE TUBOSIMULACINCALCULOS:1. Grafique la transferencia de calor de coeficiente global del intercambiador en funcin de la tasa de flujo de agua fra. Es el coeficiente de una constante a lo largo del intercambiador.CORRIDAENTRADA (F)SALIDA (F)

Caudal Cal. (GPM)Caudal Frio (GCM)Temp. Fra (Tubo)Seccin anuarTemp. FraSeccin anular

14,8038192930,2097375877110083,693,42

24,804974960,3718043217311083,59103,84

34,8061311840,534850757512084,4112,17

44,8073361750,6985733977713085,69120,57

54,8086382440,8135155737913586,99124,94

Clculo de los datos para los fluidos y valores de UD para cada corridaCORRIDA12

FraCalienteFraCaliente

T1K294,82310,93295,93316,48

T2 K301,82307,27303,48313,06

Tc K298,32309,1299,7314,77

Wkg/h356,191090,8884631,53941091,1155

Cpkcal/kg/K1,25441,24641,25481,242

Densidad, kg/m^3993997,86991,05997,62

Viscosidad, kg/m*h2,74322,29682,67842,1024

Kkcal/m*h*K0,254940,250640,25430,2483

Qkcal/h3127,8758374351,04785983,5188349289,565

T1K12,4617,13

T2K9,1113,01

TmlK10,708314,9915

Gp=kg/h*m^276473,61128855981,427135588,4068857825,27

Re=342,149327366,1567621,310429902,8135

JH=5905,494

Pr=13,498211,422313,212410,5145

hi/t= kcal/h*m^2*K247,29177157,7721264,60377205,958

hio/t=kcal/h*m^2*K19,053620,3874

Tw=K309,0713314,7297

w =kg/m*h2,29682,106

t=1,0251811,034230,99976

hio=19,53337157,772121,0853

Uc=kcal/h*m^2*K19,480121,0238

Rd=h*m^2*k/kcal0,002990,00299

1/UD=0,054320,05055

UD=kcal/h*m^2*K18,409219,7818

CORRIDA345

FraCalienteFraCalienteFraCaliente

T1K297,0322,0298,2327,6299,3330,4

T2 K302,3317,7303,0322,4303,7324,8

Tc K299,7319,9300,6325,0301,5327,6

Wkg/h908,41091,61186,51091,81381,81092,0

Cpkcal/kg/K1,31,21,31,21,31,2

kg/m^3988,5997,4984,1997,1984,7996,9

kg/m*h2,71,92,61,82,61,7

Kkcal/m*h*K0,30,20,30,20,30,2

Qkcal/h5953,3442900,46600,1532153,37686,756715828,0

T1K20,723,125,5

T2K19,823,926,7

TmlK20,223,526,1

Gp=kg/h*m^2195031,48861513,0254729,78863356,8296668,08865200,6

Re=892,532293,01202,834809,11400,936111,1

JH=6,0100,06,6100,67,0111,0

Pr=13,29,713,09,112,88,8

hi/t= kcal/h*m^2*K294,27465,8321,67237,9338,87863,7

hio/t=kcal/h*m^2*K22,724,826,1

Tw=K319,8324,9327,5

w =kg/m*h2,01,81,7

t=1,01,01,11,01,11,0

hio=23,77463,926,17235,827,67861,3

Uc=kcal/h*m^2*K23,626,027,5

Rd=h*m^2*k/kcal0,00,00,0

1/UD=0,00,00,0

UD=kcal/h*m^2*K22,124,225,4

Valores de UD para cada corridaWc (kg/h)UD (kcak/h*m K)

356,1918,4092

631,539419,7818

908,411222,0648

1186,472124,1527

1381,8125,416

Transferencia de calor coeficiente global del intercambiador en funcin de la tasa de flujo de agua fra2.-Asumir que el coeficiente de pelcula exterior es descrito por la correlacin de Seider-Tate y de el valor estimado del coeficiente de transferencia de calor total. Estimar el coeficiente de pelcula interior.

FLUJO FRIO

CORRIDARePrD (m)KhNnu

1342,149313,49820,0123000,25494108,338655,22697653

2621,310413,21240,0123000,2543183,5597358,87842995

3892,498113,22970,0123000,2544254,51091112,3053624

41202,8213,04380,0123000,25404330,88477716,0206375

51400,8512,83980,0123000,2536376,88935318,2797281

FLUJO CALIENTE

CORRIDARePrD (m)KhNnu

127366,156711,42230,0123000,250645199,0029255,13779

229902,813510,51450,0123000,24835426,33378268,803485

332293,00079,71260,0123000,248355664,56141280,548038

434809,069,14170,0123000,24425839,87802294,14619

536111,128,84190,0123000,24315942,50766300,669865

3. Demostrar una comparacin grfica del nmero de Nusselt simulada en el interior del intercambiador con la predicha por la correlacin Seider-Tate.

FLUJO FRIO

CORRIDAoNnu

12,74322,29687,01929847

22,67842,10611,3315579

32,6821,951215,3123406

42,64241,810819,5120807

52,59921,74621,9881077

FLUJO CALIENTE

CORRIDAoNnu

12,29682,2968215,635039

22,10242,106225,125967

31,94761,9512233,157847

41,80721,8108242,626886

51,74241,746247,096297

4. Compare cuantitativamente la eficiencia del calor transferido en modo contracorriente y en modo paralelo.

5. Establezca un tiempo constante del intercambiador como funcin del nmero de Reynolds lado tubos. 6. Disear un intercambiador de la capacidad industrial para enfriar 1000 galones por minuto de agua de 200F a 120F. Una cantidad ilimitada de salmuera 5% a 50F est disponible. 1) CONDICIONES DE PROCESO

FLUIDO FRIO (SALMUERA)FLUIDO CALIENTE (AGUA)

PM=18PM=18

KFKF

T1283,1550T1366,48200

T2322,04120T2322,04120,00

Tc302,59Tc344,26

kg/hKg/h(gal/min)

W250635,8753W227126,4721000

J/gmolKkcal/kgKJ/gmolKkcal/kgK

Cp95,71,2707Cp92,4051,2270

Densidad, 994,07kg/m^3Densidad, 947,9kg/m^3

kg/m*hkg/m*skg/m*skg/m*h

Viscosidad, 2,80440,000779Viscosidad, 0,0003871,3932

J/m*s*Kkcal/m*h*KJ/m*s*Kkcal/m*h*K

K0,29680,25537K0,27460,23627

3) CALCULAR T A CONTRACORRIENTE

T=41,60486494

4) AREA DE FLUJOTUBERIA (IPS)3 * 2

FLUIDO CALIENTE LADO TUBO

FLUIDO FRIO SECCION ANULAR

Area de flujoSeccin anular

Seccin anularTubodede`

2,933,351,570,69

LADO TUBOSTw=318,7164

Gt=2945538,551

Re=55144,0864

Pr=13,95445867

JH=160

hi/t= 1873,663121

hio/t=1627,252803

w =1,5228

t=1,841607565

hio=2996,761073

SECCION ANULAR

Ga=3051872,72

Re=87354,7088

Pr=7,23491442

JH=225

hio/t=2578,32884

m w =1,98

ft=0,70363636

ho=1814,20593

Uc=1130,07254

Rd=0,002980

1/UD=0,0038649

UD=258,738977