INTERCAMBIADOR DOBLE TUBO Kerlys Olmos1, Irina Romo 1, Howard Rueda1, Santiago Sarmiento1 Dirigido a: Crisóstomo Peralta Hernández
1 Estudian Estudiante te de Ingen Ingenierí iería a Química. Química. Unive Universida rsidad d del Atlánt Atlántico. ico. 2 Docente Docente de de Transf Transferen erencia cia de Calor Calor.. Univers Universidad idad del del Atlán Atlántico tico..
RESUMEN
•
•
En el siguiente informe se mostrará el funcionamiento de un intercambiador de calor en este caso uno de doble tubo de ! "asos el cual consiste en una serie de corridos "ara el intercambiador de doble tubo con arreglos a contracorriente # en "aralelo cu#a finalidad fue la reali$aci%n de un balance de energía o calor a"rendido en clases # otros conce"tos como coeficientes de transferencia de calor en diferentes "untos del a"arato. sensible sensible)) 'ervidore 'ervidores s reali$an reali$an el traba+o traba+o inve invers rso o al cond conden ensa sado dorr # así así otra otras s OBJETIVOS lle llegando a nuestro stro int inter,s r,s en los los inter intercam cambia biado dores res de calor calor los los cuale cuales s Estudiar el funcionamiento de un recu"eran calor entre dos corrientes de intercambiador de calor de doble tubo. un "roceso. Demostrar la veracidad de las le#es de -os intercambiadores de calor de doble transferencia de calor tubo son los eui"os de transferencia de calor más sencillos ue e/isten # están &eali$ar balances de energía en cada formados "or dos tubos dos tubos conc,ntricos. Al corrida "ara cada arreglo. tubo e/terno se le llama anulo.
INTRODUCCIÓN 'abl 'ablar ar de tran transf sfer eren enci cia a de calo calorr nos nos rel relaciona una serie de a"aratos es"eciali$ados usados en su ma#oría en indust industria rias s tales tales como como(( Calen Calenta tado dores res como como su nomb nombre re lo indi indica ca cali calien enta tan n flui fluido dos s de "roc "roces eso o util utili$ i$an ando do va"o va"or) r) Enfriadores "ara descender la tem"erat tem"eratura ura de fluidos fluidos de "rocesos "rocesos el flui fluido do más más com* com*n n "ara "ara este este fin fin es el agua) agua) Conden Condensado sadores res su "ro"%sit "ro"%sito o es eliminar el calor latente en ve$ del calor
Como el tu Como tubo bo co cons nsta ta de 2 di diám ámet etro ros s 0inter 0in terno no # e/ e/ter terno no un uno o de los flu fluido idos s flu#e "or el tubo de menor diámetro # el otro ot ro flu fluido ido flu flu#e #e "o "orr el es" es"ac acio io an anula ular r entre los dos tubos. En este ti"o de intercambiador de calor se "resentan 2 ti"os de flu+o de acuerdo a la direcci%n en ue flu#en( cont co ntra raco corr rrie ient nte e o co cont ntra ra fl flu+ u+o o # fl flu+ u+o o "aralelo.
Contracorriente o contra flujo: Es el ti"o de flu+o cu#a configuraci%n consiste en ue los fluido flu idos s en entra tran n "o "orr lo los s e/ e/tre tremos mos
o"uestos # flu#en en sentidos o"uestos. -a tem"eratura de salida del fluido frío "uede ser su"erior a la tem"eratura de salida del fluido caliente. -a tem"eratura de salida del fluido frio nunca "uede ser su"erior a la tem"eratura de entrada del fluido caliente.
lujo en !aralelo: Es el ti"o de flu+o cu#a configuraci%n consiste en flu+o "aralelo los dos fluidos entran "or el mismo e/tremo # flu#en en el mismo sentido. -a tem"eratura de salida del fluido frio nunca "uede ser su"erior a la tem"eratura de salida del fluido caliente.
Este ti"o de intercambiadores de calor "oseen varias venta+as desde el ba+o costo el fácil monta+e e instalaci%n asta la mani"ulaci%n. Intercambiador de doble tubo
Intercambiador de doble tubo
"ROCEDIMIENTO
Con a#uda de la guía de laboratorio suministrada "or el "rofesor # su "revia asesoría del mane+o del eui"o se "rocedi% con la reali$aci%n de la e/"eriencia así(
RESULTADOS # C$LCULOS Es"ecificaciones de cada tramo(
Tu%o
4ateri al
Interno
Cobre
E&terno
Cobre
'oruilla 1 0tramo 132 Ti" D DI DE DI0ft o nominal0"l 0"lg 0"lg g -L*ft+ 89 Rd 892 8!2 88;<=1!! 9 : 8882 : , 1 8== 112 88>2=1!! 9 9 :
DE 0ft
5u" -in. 0ft627ft
88928><< < 88=<:9
8=1:
DE 0ft
5u" -in. 0ft627ft
88:
822
88=<:9
11:>
DE 0ft
5u" -in. 0ft627ft
88928><< < 88>:9
11:>
88=<:9
11:>
DE 0ft
5u" -in. 0ft627ft
88928><< < 88=<:9
11:>
88>:9
82:9
11:>
!a"la # Tu%o
4ateri al
Ti" o
Interno
Acero
;8
E&terno
Cobre
-
'oruilla 2 0tramo 13< D DI DE DI0ft nominal0"l 0"lg 0"lg g 89 8!2 8>; 8891><<< 2 < 1 8== 112 88>2=1!! 9 9 :
!a"la $ Tu%o
4ateri al
Ti" o
Interno
Cobre
-
E&terno ' E&terno (
Cobre
-
Cobre
-
'oruilla < 0tramo 13; D DI DE DI0ft nominal0"l 0"lg 0"lg g 89 8!2 8!2 8891><<< 2 9 < 8:9 8>2 189 88!>!!!! ; : 1 8== 112 88>2=1!! 9 9 :
82:9
!a"la C Tu%o
4ateri al
Ti" o
Interno
Cobre
-
E&terno Central E&terno ) Laterale )
Cobre
-
Cobre
-
'oruilla ; 0 tramo 139 D DI DE DI0ft nominal0"l 0"lg 0"lg g 89 8!2 8!2 8891><<< 2 9 < 1 8== 112 88>2=1!! 9 9 : 8:9 8>2 189 8>2; ;
!a"la D
11:>
Tabla E
?ara los tubos en contracorriente(
-or.uilla ' Tu%o co%re '1( !l2 Tu%o co%re ' !l2 Te3! Va!or *4C+ == Entra5a !! Inter3e5ia <8 Sali5a Te3! A2ua *4C+ 2: Entra5a <9 Sali5a
-or.uilla (
-or.uilla /
-or.uilla 0
Tubo acero 172 "lg
Tubo cobre <7; "lg
Tubo cobre <7; "lg
Tubo acero 1 "lg
Tubo cobre 172 "lg
Tubo cobre <7; "lg
Tem" @a"or 0C
Tem" @a"or 0C
Tem" @a"or 0C
Entrada
==
Entrada
=9
Entrada
=:
Intermedia
!<
Intermedia
=<
Intermedia
=9
5alida
<8
5alida
<8
5alida
<;
Tem" Agua 0C
Tem" Agua 0C
Tem" Agua 0C
Entrada
2>
Entrada
2:
Entrada
2>
5alida
<9
5alida
<;
5alida
TABLA 1
-or.uilla ' lujo a2ua *ft6/13in+ 789 lujo Con5en)a5o 81 Volu3en *l+ 2<!< Tie3!o*) + lujo *l1)+ 888;2<1=
-or.uilla (
-or.uilla /
-or.uilla 0
Blu+o agua 0ft6<7min
Blu+o agua 0ft6<7min
Blu+o agua 0ft6<7min
89=
89=
89:
Blu+o Condensado
Blu+o Condensado
Blu+o Condensado
@olumen 0l Tiem"o0s
81;=
Blu+o 0l7s
888;88:9 <
1
@olumen 0l Tiem"o0s
<:1>
Blu+o 0l7s
88>
@olumen 0l
88=
1>:9
Tiem"o0s
2;11
888;2!!! :
Blu+o 0l7s
888<:<2>=
Tabla 1.1 ?ara los tubos en "aralelo(
-or.uilla ' Tu%o co%re '1( !l2 Tu%o co%re ' !l2 Te3! Va!or *4C+ == Entra5a !; Inter3e5ia <; Sali5a Te3! A2ua *4C+ 2> Entra5a <8 Sali5a
-or.uilla (
-or.uilla /
-or.uilla 0
Tubo acero 172 "lg
Tubo cobre <7; "lg
Tubo cobre <7; "lg
Tubo acero 1 "lg
Tubo cobre 172 "lg
Tubo cobre <7; "lg
Tem" @a"or 0C
Tem" @a"or 0C
Tem" @a"or 0C
Entrada
=:
Entrada
=;
Entrada
=:
Intermedia
!;
Intermedia
:!
Intermedia
=;
5alida
<<
5alida
<9
5alida
<:
Tem" Agua 0C
Tem" Agua 0C
Tem" Agua 0C
Entrada
2>
Entrada
2>
Entrada
<1
5alida
2=
5alida
2=
5alida
<9
TABLA 2
-or.uilla ' lujo a2ua *ft6/13in+ 78, lujo Con5en)a5o 88> Volu3en *l+ 289; Tie3!o*)+ 888<>=;> lujo *l1)+
-or.uilla (
-or.uilla /
-or.uilla 0
Blu+o agua 0ft6<7min
Blu+o agua 0ft6<7min
Blu+o agua 0ft6<7min
89=
89!
89>
Blu+o Condensado
Blu+o Condensado
Blu+o Condensado
@olumen 0l Tiem"o0s
819=
Blu+o 0l7s
888<;9;2 :
;!8<
;
@olumen 0l Tiem"o0s
88=>
Blu+o 0l7s
888<299> 1
<81
@olumen 0l Tiem"o0s
81!=
Blu+o 0l7s
888;;1
<>2=
Tabla 2.1
a ue los datos anteriores se encuentran en dos sistemas de unidades distintos se deben reali$ar los res"ectivos cálculos "ara tener todas las medidas en el mismo sistema en este caso se utili$ara el sistema ingles "or lo tanto las tem"eraturas se "asaran a grados Bareneit # los flu+o a ft <7s. -uego se multi"lica "or la densidad del agua 0!2.9 lbm7ft< "ara obtener así el flu+o másico en lbm7. En contracorriente -or.uilla ' Tu%o co%re '1( !l2
'oruilla 2
'oruilla <
'oruilla ;
Tubo acero 172 "lg
Tubo cobre <7; "lg
Tubo cobre <7; "lg
Tu%o co%re ' !l2
Tubo acero 1 "lg
Tubo cobre 172 "lg
Tubo cobre <7; "lg
Te3! Va!or *4+
Tem" @a"or 0B
Tem" @a"or 0B
Tem" @a"or 0B
Entra5a
2182
Entrada
2182
Entrada
28<
Entrada
28!!
Inter3e5ia
198>
Intermedia
1;9;
Intermedia
1==;
Intermedia
28<
Sali5a
>!
5alida
>!
5alida
>!
5alida
=<2
Te3! A2ua *4+
Tem" Agua 0B
Tem" Agua 0B
Tem" Agua 0B
Entra5a
>8!
Entrada
>2;
Entrada
>8!
Entrada
>2;
Sali5a
=9
5alida
=9
5alida
=<2
5alida
=!>
lujo 5e a2ua
Blu+o de agua
Blu+o de agua
Blu+o de agua
888=!!!!: lujo *ft6/1)+ lujo 21:9 *l%31;+ lujo 5e con5en)a5o
Blu+o 0ft6<7s
888=><<<<
Blu+o 0ft6<7s
888=><<<<
Blu+o 0ft6<7s
888=9
Blu+o 0lbm7
22129
Blu+o 0lbm7
22129
Blu+o 0lbm7
21<:9
lujo *l1)+
888;2<1=1
Blu+o 0l7s
888;88:9<
Blu+o 0l7s
888;2!!!:
Blu+o 0l7s
888<:<2>=
lujo *ft6/1)+ lujo *l%31;+
88881;=;<
Blu+o 0ft6<7s
88881;191
Blu+o 0ft6<7s
8888198!!
Blu+o 0ft6<7s
88881<1>1
<<!221991
Blu+o 0lbm7
<1><=;=
Blu+o 0lbm7
<<>=><891
Blu+o 0lbm7
2=!9:982
Blu+o de condensado
Blu+o de condensado
Blu+o de condensado
Tabla 1,2 En !aralelo -or.uilla ' Tu%o co%re '1( !l2 Tu%o co%re ' !l2 Te3! Va!or *4+ 2182 Entra5a
'oruilla 2
'oruilla <
'oruilla ;
Tubo acero 172 "lg
Tubo cobre <7; "lg
Tubo cobre <7; "lg
Tubo acero 1 "lg
Tubo cobre 172 "lg
Tubo cobre <7; "lg
Tem" @a"or 0B
Tem" @a"or 0B
Tem" @a"or 0B
Entrada
28!!
Entrada
2812
Entrada
28!!
1;:2 Inter3e5ia =<2 Sali5a Te3! A2ua *4+ >2; Entra5a Sali5a >! lujo 5e a2ua 881 lujo *ft6/1)+ 2298 lujo *l%31;+ lujo 5e con5en)a5o lujo *l1)+ 888<>=;> ; 88881<:9 < <8=;;1!> 9
lujo *ft6/1)+ lujo *l%31;+
Intermedia
1;:2
Intermedia
1!>>
Intermedia
2812
5alida
=1;
5alida
=9
5alida
=>!
Tem" Agua 0B
Tem" Agua 0B
Tem" Agua 0B
Entrada
>2;
Entrada
>2;
Entrada
>:>
5alida
>;2
5alida
>;2
5alida
=9
Blu+o de agua
Blu+o de agua
Blu+o de agua
Blu+o 888=><<< 0ft6<7s < Blu+o 22129 0lbm7 Blu+o de condensado
Blu+o 888=<<<< 0ft6<7s < Blu+o 2188 0lbm7 Blu+o de condensado
Blu+o 888=!!!! 0ft6<7s : Blu+o 21:9 0lbm7 Blu+o de condensado
Blu+o 0l7s
Blu+o 0l7s
Blu+o 0l7s
Blu+o 0ft6<7s Blu+o 0lbm7
888<;9;2 : 8888121= : 2:;;<>:; 1
Blu+o 0ft6<7s Blu+o 0lbm7
888<299> 1 888811;=: 29>!:1!9 =
Blu+o 0ft6<7s Blu+o 0lbm7
888;;1 9 <98!!<9< !
Tabla 2,2
Como tenemos un intercambiador de doble tubo donde un fluido caliente # uno frío están en contacto el calor cedido "or el de ma#or tem"eratura debe ser igual al calor ue gana el fluido frío "or tanto( Q = q
01
WC p ∆t = wC p ∆t 02 5iendo # los flu+os másicos del fluido caliente # frío res"ectivamente en lb7. Como el flu+o caliente "asa de estado va"or a líuido es necesario tener en cuenta al
∆ H vap calor latente de va"ori$aci%n 0 evaluado a la tem"eratura "romedio sumado al "roducto del calor es"ecifico # la diferencia de tem"eraturas entre la tem"eratura de entrada # la de salida del fluido. ?or tanto la ecuaci%n 2 uedaría e/"resada(
W × ∆Η vap
+ WC p ∆t = wC p ∆t 02.1
?ara el valor de la ental"ía # el calor es"ecifico del va"or a esa tem"eratura "romedio se encuentran #a tabulados el calor es"ecifico es tomado como constante # tiene un valor de 1 Ftu 7lbf. A continuaci%n se mostrara si se cum"le la igualdad 2.1.
Balance de Calor arreglo en Contracorriente
-or.uilla ' lui5o Caliente *
T prom (°F) H vap (BTU/lb m) Cp (Btu/lb m F) ΔT (°F) W( lb/h)
148,1 1005,043
0,44
(btu/h)
124,2 33,!2215 51 35!29,09 52
Fluido !rio T prom (°F) Cp (Btu/lb m F) ΔT (°F) W( lb/h) (btu/h)
("gua) 8,8 1
14,4 215 31320
'oruilla 2 Bluido Caliente 0 va"or
T prom (°F) H vap (BTU/lbm ) Cp (Btu/lbm F) ΔT (°F) "( lb/#)
148,1 1005,043
0,44
'oruilla < Bluido Caliente 0 va"or
T prom (°F) H vap (BTU/lbm ) Cp (Btu/lbm F) ΔT (°F) "( lb/#)
144,5 1005,043
0,44
124,2 11 31,83949 33,89830 3! 51 $(btu/#) 3340,02 $(btu/#) 35814,33 48 9 Flu%&o 'r%o (ua) Flu%&o 'r%o (ua) T prom 88, T prom 8!,9 (°F) (°F) Cp 1 Cp 1 (Btu/lbm (Btu/lbm F) F) ΔT (°F) 12,! ΔT (°F) 12,! "( lb/#) 2212,5 "( lb/#) 2212,5 $(btu/#) 28,5 $(btu/#) 28,5 Tabla 1,3
'oruilla ; Bluido Caliente 0 va"or
T prom (°F) H vap (BTU/lbm ) Cp (Btu/lbm F) ΔT (°F) "( lb/#)
149,9 1005,043
0,44
113,4 29,!550 2 $(btu/#) 3128!,85 55 Flu%&o 'r%o (ua) T prom 89,! (°F) Cp 1 (Btu/lbm F) ΔT (°F) 14,4 "( lb/#) 213,5 $(btu/#) 3080
Balance de Calor arreglo en paralelo# -or.uilla ' lui5o Caliente *
T prom (°F) H vap (BTU/lbm) Cp (Btu/lbm F) ΔT (°F) W( lb/h) (btu/h)
'oruilla 2 Bluido Caliente 0 va"or
'oruilla < Bluido Caliente 0 va"or
'oruilla ; Bluido Caliente 0 va
151,
T prom (°F)
149
T prom (°F)
148,1
T prom (°F)
1
1005,04 3 0,44
H vap (BTU/lbm) Cp (Btu/lbm F)
1005,04 3 0,44
H vap (BTU/lbm) Cp (Btu/lbm F)
1005,04 3 0,44
H vap (BTU/lbm) Cp (Btu/lbm F)
10
11 30,9441 !85 32!93,2 25
ΔT (°F) "( lb/#)
Fluido !rio ("gua) T prom 84,2 (°F) Cp 1 (Btu/lbm F) ΔT (°F) 3,!
115,2 2,4438 41 $(btu/#) 2893,3 48 Flu%&o 'r%o (ua) T prom (°F) 83,3
ΔT (°F) "( lb/#)
10!,2 25,8!1 !59 $(btu/#) 220!,3 35 Flu%&o 'r%o (ua) T prom (°F) 83,3
ΔT (°F) "( lb/#)
35,
$(btu/#)
3!
Flu%&o 'r%o ( T prom (°F)
Cp (Btu/lbm F)
1
Cp (Btu/lbm F)
1
Cp (Btu/lbm F)
ΔT (°F)
1,8
ΔT (°F)
1,8
ΔT (°F)
W( lb/h) (btu/h)
2250 8100
"( lb/#) 2212,5 $(btu/#) 3982,5 Tabla 2,3.
"( lb/#) $(btu/#)
2100 380
"( lb/#) $(btu/#)
Gbservando los resultados obtenidos se tiene ue el calor cedido "or el va"or # el calor recibido "or el agua no fueron el mismo lo cual nos indica ue ubieron muco errores al momento de tomar las mediciones tal ve$ fueron al momento de tomar los flu+os sobretodo el del condensado #a ue no era un flu+o constante. ?or otra "arte se observa ue el calor recibido como el calor cedido en contracorriente es ma#or ue en "aralelo. Además utili$ando dos tubos laterales 0oruilla ; el intercambio es ma#or tanto en "aralelo como en contracorriente ue en las demás oruillas. Cálculo del MLDT
Debido a ue en los intercambiadores de calor la forma más e/acta de determinar la diferencia de tem"eratura es mediante la media logarítmica de la diferencia de tem"eraturas 04-DT em"leamos la siguiente ecuaci%n 0Ec.<
MLDT =
∆t 2 − ∆t 1 ∆t ln 2 ∆t 1 0<
?or tanto la ecuaci%n "ara el 4-DT "ara el arreglo en "aralelo seria(
MLDT =
− t 1 ) − (T 2 − t 2 ) ln [(T 1 − t 2 ) /(T 2 − t 2 )] (T 1
0<.1 "ara el arreglo en contracorriente se tiene(
MLDT =
− t 2 ) − (T 2 − t 1 ) ln [(T 1 − t 2 ) /(T 2 − t 1 )] (T 1
0<.2 Donde( T1( Tem"eratura de entrada del va"or
2 1
T2( Tem"eratura de salida del va"or t1( Tem"eratura de entrada de agua t2( Tem"eratura de salida de agua
-os resultados se muestran a continuaci%n en las siguientes tablas(
Arre2lo en Contracorriente -or.uilla ' 2182 T' *4+ >! T(*4+ 1192 =t' *4+ >8! t' *4+ =9 t(*4+ 9; =t( *4+ 2:>1==1< MLDT ! *4+
'oruilla 2
'oruilla <
'oruilla ;
T1 0B
2182
T1 0B
28<
T1 0B
28!!
T20B
>!
T20B
>!
T20B
=<2
Ht1 0B
1192
Ht1 0B
18=>
Ht1 0B
18=>
t1 0B
>2;
t1 0B
>8!
t1 0B
>2;
t20B
=9
t20B
=<2
t20B
=!>
Ht2 0B
<!
Ht2 0B
9;
Ht2 0B
18>
4-DT 0B
291:8;: =
4-DT 0B
2:>1==1< !
4-DT 0B
<92<99<> =
Tabla 1,4
Arre2lo en "aralelo> -or.uilla ' 2182 T' *4+ =<2 T(*4+ 12:> =t' *4+ >2; t' *4+ >! t(*4+ :2 =t( *4+ <8>9122! MLDT 2 *4+
'oruilla 2
'oruilla <
'oruilla ;
T1 0B
28!!
T1 0B
2812
T1 0B
28!!
T20B
=1;
T20B
=9
T20B
=>!
Ht1 0B
12;2
Ht1 0B
11>>
Ht1 0B
11>>
t1 0B
>2;
t1 0B
>2;
t1 0B
>:>
t20B
>;2
t20B
>;2
t20B
=9
Ht2 0B
:2
Ht2 0B
18>
Ht2 0B
<!
4-DT 0B
<8>9122! 2
4-DT 0B
<92<99<> =
4-DT 0B
2!: 9
Tabla 2,4
Determina%ión de los %oe&i%ientes indi'iduales de trans&eren%ia de %alor (ara el lado del tu"o )*a(or+ y lado de la %ar%asa )#gua+
?ara determinar los coeficientes individuales de estos dos tubos se sigue el siguiente m,todo( 5e determina cual es el flu+o ue va en el anulo 0agua # en el tubo interior 0va"or. ?or tanto "ara determinar el coeficiente 8 se tendrán en cuenta los datos del anulo de las tablas 0a3e de acuerdo a la oruilla o tramo ue se est, calculando "ara allar el área de flu+o con los datos en unidades del sistema ingl,s 0Ec. ;(
Aa
π
= ( D22 − D12 ) 4
0; -uego determinar el diámetro euivalente 0Ec. 9 De
=
( D
2 2
−
2
D1
)
D1
09 Con el flu+o másico # el área de flu+o es "osible determinar la velocidad de masa teniendo en cuenta ue el fluido ue recorre "or el anulo es el agua # "or tubo es el va"or 0Ec. ! Ga
=
W Aa
0! ?ara determinar el n*mero de &e#nolds #a se cuenta con el diámetro euivalente # la velocidad de masa "ero es necesario conocer la viscosidad del fluido del tubo a la tem"eratura "romedio del tramo "ara lo cual se em"lea la figura 1; del te/to guía con este dato es "osible em"lear la ecuaci%n :. N Re
=
De × G a Vis cos idad
0: ?ara determinar el *mero de ?randtl se em"lea la ecuaci%n >.
1/ 3
c × υ Npr = k
0> Entonces "ara determinar el coeficiente sería "artir de los datos determinados "reviamente # considerando( h0
k = JH ( Npr ) 1 / 3 De
0=
?ara el valor de i se em"lea la ecuaci%n = "ero a# ue corregirlo con la ra$%n entre los diámetros de la tubería interna 0DI7DE
A"licando esto a cada oruilla en "aralelo se obtuvo( hi 0
= hi 0 ×
DI DE
018 C?lculo 5e ;o @ ;i arre2lo en !aralelo -or.uilla ' tubo interior( fluido caliente Anulo: flui5o frio 88>2=1!! D0ft 88;<=1!! D(*ft+ D'*ft+ Aa *ft6(+ De *ft+ a *l%1;ft6(+
: 88928><< < 888<2!=2 2 88:==288 2 !>>2<:;; < 8:9
'oruilla 2 Anulo( fluido frio tubo interior( fluido caliente D20ft
88=<:9
D0ft
D10ft
A"0ft62
K
: 888191;: > 28;2>281 ; 8811:
K0lb7 ft
882><1;
Ja 0lb7ft62
&e"
K
88>2=1!! : 888198<1 ! 882<8>28 : 1;:1>=;= 1 8:9
K0lb7 ft
1>19
A"0ft62 J"0lb7ft62
Aa 0ft62 De 0ft
K
8891><<< < 88821181 2 1229>9=! ; 8811:
K0lb7 ft
882><1;
&e" L'
9;<8>82< < 198
J"0lb7ft62
1>19
L'
:!!:>911 1 289
1
C" 0btu7lbf
8;;
C" 0btu7lbf
1
C" 0btu7lbf
8;;
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8812=
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8812=
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L'
0?r68<<
8<<
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M
8<<
i0btu7ft62B
8=>>;988 !
*N "r+6*'1/+
1:!91:;1
DI7DE
8=>>;988 ! 9=928>1= < 8>;<2881
;92==1:< = 1<8
M0btu7ftB
J-
:<<<>!82 9 218
0 ?r6017<
1:!91:;1
DI7DE
8:;8;:!1
*l%1; ft+ C! *%tu1l%f+ Rea
:
2
:
;
;o*%tu1;ft6( 19<8!12< io0btu7ft62 981>:=!1 o0btu7ft62 <2>8:2:1 io0btu7ft62 1 B > B ; B + A"licando cada una de estas ecuaciones se obtienen los resultados mostrados en las siguientes tablas(
2:<2<9>< >
Tabla 2, 5,1
C?lculo 5e ;o @ ;i arre2lo en !aralelo -or.uilla / tubo interior( fluido Anulo: flui5o frio D(*ft+ D'*ft+ Aa *ft6(+ De *ft+ a *l%1;ft6(+
88>2=1!! : 88928><< < 888<2!=2 2 88:==288 2 !;2<9;=; : 8:9
caliente D0ft 8891><<< < A"0ft62 88821181 2 J"0lb7ft62 1229>9=! ; K 8811: K0lb7 ft
882><1;
&e"
'oruilla ; Anulo( fluido frio tubo interior( fluido caliente D20ft 88>2=1!! D0ft 8891><<< : < D10ft 88928><< A"0ft62 88821181 < 2 Aa 0ft62 888<2!=2 J"0lb7ft62 1!!1>1;< 2 9 De 0ft 88:==288 K 8811: 2 Ja 0lb7ft62 !!92=!1= K0lb7 ft 882><1; 9 K 8:9 &e" :9 1 K0lb7 ft 1>19 L' 218
1>19
L'
9;<8>82< < 12:
1
C" 0btu7lbf
8;;
C" 0btu7lbf
1
C" 0btu7lbf
8;;
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8812=
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8=>>;988 ! <12;281! 1 8>;<2
:8>=<=>2 ; 288
M0btu7ftB
J-
!>;;=
0 ?r6017<
1:!91:;1 : 1;9::2!8 1
DI7DE
8=>>;988 ! 91!!882! ! 8==92
io0btu7ft62 B
91;1289> 9
*l%1; ft+ C! *%tu1l%f+ Rea
;o*%tu1;ft6( +
io0btu7ft62 B
2!<;<2!>
o0btu7ft62 B
Tabla 2, 5,2
C?lculo 5e ;o @ ;i arre2lo en contracorriente -or.uilla ' Anulo: flui5o frio 88>2=1!!: D(*ft+ 88928><<< D'*ft+ 888<2!=22 Aa *ft6(+ 88:==2882 De *ft+ a *l%1;ft6(+ !!92=!1=9 8:9 1>19 *l%1; ft+
'oruilla 2
tubo interior( fluido caliente
Anulo( fluido frio
tubo interior( fluido cali
D0ft
88;<=1!!:
D20ft
88>2=1!!:
D0ft
8891>
A"0ft62
888191;:>
D10ft
88:
A"0ft62
88821
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8811:
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1>19
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881 882> !!>;! 1:
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1
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1
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1:!91:;1:
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<1>2!98:=
o0btu7ft62B
2!><:2291
io0btu7ft62B
<8=!!
Tabla 1, 5,1
C?lculo 5e ;o @ ;i arre2lo en contracorriente -or.uilla / -or.uilla 0 Anulo: flui5o frio tu%o interior: flui5o Anulo: flui5o frio tu%o interior: flui5o caliente caliente 88>2=1!! D0ft 8891><<< D20ft 88>2=1!! D0ft 8891><<< D(*ft+ D'*ft+ Aa *ft6(+ De *ft+ a *l%1;ft6(+
: 88928><< < 888<2!=2 2 88:==288 2 !:!:!!>1 = 8:9
K
< 88821181 2 !9<=>!!< 9 8811:
K0lb7 ft
882><1;
Ja 0lb7ft62
&e"
K
: 88928><< < 888<2!=2 2 88:==288 1 !9<>29!; = 8:9
K0lb7 ft
1>19
A"0ft62 J"0lb7ft62
D10ft Aa 0ft62 De 0ft
K
< 88821181 2 1;89;>9! 9 8811:
K0lb7 ft
882><1;
&e" L'
!22!9>1! > 1:8
A"0ft62 J"0lb7ft62
1>19
L'
2>=:2=18 < 12
1
C" 0btu7lbf
8;;
C" 0btu7lbf
1
C" 0btu7lbf
8;;
M0btu7ftB
8812=
&ea
8812=
0 ?r68<<
L'
0?r68<<
8<<
i0btu7ft62B
M
8<<
i0btu7ft62B
*N "r+6*'1/+
1:!91:;1 : 1;9::2!8 1
DI7DE
8=>>;988 ! 2=928819 2 8>;<2
!=!:1!:2 < 1>8
M0btu7ftB
J-
:211!2=2 ; 288
0 ?r6017<
DI7DE
io0btu7ft62 B
2;>=12:! >
o0btu7ft62 B
1:!91:;1 : 1<11=9<9 !
8=>>;988 ! ;1>2881= 1 8==92
*l%1; ft+ C! *%tu1l%f+ Rea
;o*%tu1;ft6( +
io0btu7ft62 B
Tabla 1, 5,2
A "artir de estos resultados es visible ue los coeficientes individuales de de transferencia de calor de"ende del material em"leado "ara cada tubería "uesto ue los resultados obtenidos del o en la oruilla 2 fue ma#or ue en los demás lo cual fue a causa del em"leo de acero en el tubo interior.
;1!1=2><
Tambi,n se obtuvieron grandes valores en las oruillas < # ; cu#os diseNos eran diferentes demostrando ue el flu+o cru$ado favorece al coeficiente de transferencia. Cal%ulo de los %oe&i%ientes glo"ales de trans&eren%ia de %alor
?ara determinar los coeficientes totales de transferencia de calor 0U em"learan las ecuaciones 11 # 12(
1
U D
=
1
U C
D
# UC se
+ Rd
Ecuaci%n 011 U c =
hio ∗ho hio + ho
Ecuaci%n 012
En estas ecuaciones tenemos en cuenta al intercambiador cuando está lim"io # cuando está sucio teniendo a U D como el coeficiente total de diseNo U c el coeficiente total cuando está lim"io. El &d Considerado en la ecuaci%n 11 es el factor de obstrucci%n cuando #a a "asado fluido "or la tubería en este caso con un intercambiador de agua3va"or de agua su valor es de 8.882. ?artiendo de los coeficientes determinados anteriormente los valores de U D # UC serian 0Tabla 1.! # 2.!.
C$lculo de U% Horuilla Uc(Btu/hr! 48,5945 t*F) 1 Ud(Btu/hr! 44,29005 t*F) 89 Horuilla + Uc(Btu/hr! 25,9485 t*F) 48 Ud(Btu/hr! 24,52939 t*F) 0!
& Uc ('aralelo) Horuilla * Uc(Btu/hr! 2,0989 t*F) 85 Ud(Btu/hr! 25,0480 t*F) !1 Horuilla , Uc(Btu/hr! 49,!!059 t*F) 53 Ud(Btu/hr! 45,138 t*F) 25
Tabla 1,
C$lculo de U% & Uc Horuilla Uc(Btu/hr! 3,1!04! t*F) 4 Ud(Btu/hr! 3,155999 t*F) 53 Horuilla + Uc(Btu/hr! 2,484884 t*F) !4 Ud(Btu/hr! 2,4259! t*F) 41
(Contracorriente) Horuilla * Uc(Btu/hr! 30,!1348 t*F) 9 Ud(Btu/hr! 28,8425 t*F) ! Horuilla , Uc(Btu/hr! 40,33958 t*F) 48 Ud(Btu/hr! 3,3299 t*F) 33
A "artir de estos resultados es visible ue los coeficientes de transferencia de calor son ma#ores en el arreglo en "aralelo lo cual nos demuestra ue la transferencia de calor es me+or en este arreglo. BA-TA -A5 CGC-U5IGE5O. 'GA&D G ME&-5 AUDE4E E E5TA5PPPP
