LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I

Transcripción

1 UNIVERSIA EL ZULIA FACULTA E INGENIERÍA ESCUELA E INGENIERÍA QUÍMICA EPARTAMENTO E INGENIERÍA QUÍMICA BÁSICA LABORATORIO E OPERACIONES UNITARIAS I TRANSFERENCIA E CALOR EN INTERCAMBIAORES Profesora: Maranela Fernández

2 Objetvo General Estudar la transferenca de calor en un ntercambador de doble tubo con flujo paralelo y contracorrente.

3 Objetvos Específcos etermnar el calor transferdo, la temperatura meda logarítmca, el coefcente de película externo e nterno, el coefcente global de transferenca suco y lmpo y el factor de ensucamento para cada modo de operacón (paralelo y en contracorrente). Comparar los valores del coefcente global de transferenca calculado, con los dsponbles en la lteratura.

4 Objetvos Específcos educr algún valor para el coefcente de ensucamento en el ntercambador, a partr de los valores de U calculados. etermnar el efecto de la forma de operacón (contracorrente/paralelo), sobre el calor transferdo, el coefcente de película, el coefcente global de transferenca de calor y el LMT.

5 INTERCAMBIAORES E CALOR Equpos donde se efectúa la transferenca de calor entre dos correntes de un proceso, separadas por un elemento físco. Los ntercambadores de calor han adqurdo una gran mportanca ante la necesdad de ahorrar energía y dsponer de equpos óptmos no sólo en funcón de su análss térmco y bajo costo de nstalacón, sno tambén en funcón del aprovechamento energétco del sstema.

6 INTERCAMBIAORES E CALOR esde el momento en que un ntercambador de calor se nstala y pone en funconamento dentro de un proceso de transferenca térmca, se precsa un determnado gradente de temperatura para que se pueda efectuar la transmsón del calor; la magntud de este gradente se puede reducr utlzando un ntercambador mayor, pero ésto a su vez mplca un mayor costo, tanto de tpo económco, como energétco.

7 TIPOS E INTERCAMBIAORES E CALOR Paralelo Calentadores Enfradores Flujo Contracorrente Cruzado Según su funcón Condensadores Evaporadores Economzadores Tubulares Tubo y carcaza oble Tubo Geometría Placa Empacada Espral Superfce extendda Placas aletadas Tubos aletados Enfradores con are

8 TIPOS E INTERCAMBIAORES E CALOR El ntercambador de calor más sencllo se compone de un tubo dentro de otro tubo. Este montaje de correntes paralelas funcona, tanto en contracorrente como en cocorrente, crculando el fludo calente o el frío a través del espaco anular, mentras que el otro fludo crcula por la tubería nteror.

9 INTERCAMBIAOR E CALOR TUBULARES (A) OBLE TUBO (B) CARCASA Y TUBO (C) TUBO EN U

10 INTERCAMBIAOR E CALOR OBLE TUBO Esta conformado por dos tubos concéntrcos, dos tes conectoras, un cabezal de retorno y un codo en U. La tubería nteror. se soporta en la exteror medante estoperos y el fludo entra al tubo nteror a través de una conexón roscada localzada en la parte externa del ntercambador. Las tes tenen boqullas o conexones roscadas que permten la entrada y salda del fludo del anulo que cruza de una seccón a otra a través del cabezal de retorno. La tubería nteror se conecta medante una conexón en U que está generalmente expuesta y que no proporcona superfce de transferenca de calor. Cuando se arregla en dos pasos, se llama horqulla. Área Total Transf.= 1-2 ft 2 Longtud Efectva = 12, 15 o 2 ft

11 INTERCAMBIAOR E CALOR Carcasa y Tubo En este tpo de ntercambador, uno de los fludos crcula por el nteror de los tubos, mentras que el otro fludo se ve forzado a crcular entre la carcasa y la parte exteror de los tubos. Cuando las temperaturas TC del fludo del lado calente y TF del fludo del lado frío son varables de un punto a otro, a medda que el calor va pasando del fludo más calente al más frío, la velocdad de ntercambo térmco entre los fludos tambén varará a lo largo del ntercambador, porque su valor depende, en cada seccón, de la dferenca de temperaturas entre los fludos calente y frío. 1 Paso Carcasa, 1 Paso Tubos

12 INTERCAMBIAORES E CALOR TIPO PLACA Placa Empacada Espral

13 INTERCAMBIAORES E CALOR SUPERFICIE EXTENIA Tubos Aletados

14 INTERCAMBIAORES E CALOR ROTATORIOS

15 SEGÚN SU FUNCIÓN Evaporador normal de tubos vertcales Calentador o rehervdor Columna de estlacón Condensador Rehervdor

16 CONFIGURACIÓN EL FLUJO Flujo Paralelo (Cocorrente): los dos fludos entran por el msmo extremo y fluyen en el msmo sentdo. En un flujo paralelo en equcorrente, la temperatura fnal del fludo más frío nunca puede llegar a ser gual a la temperatura de salda del fludo más calente.

17 CONFIGURACIÓN EL FLUJO Flujo Contracorrente: los fludos entran por los extremos opuestos y fluyen en sentdos opuestos. En un flujo en contracorrente, la temperatura fnal del fludo más frío (que es el que se calenta) puede superar la temperatura de salda del fludo más calente (que se enfría), puesto que exste un gradente de temperaturas favorable a todo lo largo del ntercambador de calor.

18 CONFIGURACIÓN EL FLUJO Flujo Cruzado: En el enframento o calentamento de gases es nteresante utlzar un ntercambador de calor en flujo cruzado, en el que uno de los fludos (líqudo o gas) crcula por el nteror de los tubos, mentras que al otro fludo (gaseoso) se le oblga a crcular perpendcularmente al haz de tubos.

19 ECUACIONES E ISEÑO PARA INTERCAMBIAORES E CALOR CALOR TRANSFERIO COEFICIENTE GLOBAL q. mcpt 1 U A 1 U A R q T LM U A R T LM U A T LM IFERENCIA E TEMPERATURA MEIA LOGARITMICA T LM T1 T T1 Ln T 2 2

20 ECUACIONES E ISEÑO PARA INTERCAMBIAORES E CALOR COEFICIENTE E PELICULA EXTERNO w k cp eg e k h 3 1,55.36 Re > r H e IÁMETRO EQUIVALENTE (TRANSFERENCIA E CALOR EN EL ÁNULO w k cp G k h COEFICIENTE E PELICULA INTERNO Re > 21

21 ECUACIONES E ISEÑO PARA INTERCAMBIAORES E CALOR

22 ECUACIONES E ISEÑO PARA INTERCAMBIAORES E CALOR lmpo 1 ln 2 1 h k h U Suco 1 ln 2 1 h k R R h U R R U U Lmpo Suco 1 1 COEFICIENTE GLOBAL E TRANSFERENCIA E CALOR LIMPIO SUCIO

23 FACTORES E RESISTENCIA POR ENSUCIAMIENTO

24 PROCEIMIENTO EXPERIMENTAL oble Tubo Cámara de Mezcla Selector de Termocuplas Rotámetros Caldera

25 HOJA E TOMA E ATOS atos. ámetros para la tubería de cobre tpo L ámetro Nomnal ámetro Exteror Espesor Termocuplas Herro -Constantan T real = T exp Experenca 2. Temperaturas Meddas para cada termocupla con el arreglo en paralelo y contracorrente. Termocupla % H 2 O y 45 % Vapor 6% H 2 O y 45 % Vapor

26 SEGURIA Usar oblgatoramente lentes de segurdad, guantes y bata.