Doble Tubo Líquido-Vapor PDF

Preview

Summary

Download Doble Tubo Líquido-Vapor PDF

Description

BC – Intercambio de calor Intercambiador de calor de doble tubo L-V Termotecnia 8 de abril de 2015

Grupo 3.3 Elena Baltá Vila Juan Galofré Maristany Adrià Vernis Espinosa

Universidad Ramón Llull – IQS School of Engineering

ÍNDICE

1. Introducción y Objetivos ..................................................................... pág. 3 2. Parte experimental ............................................................................. pág. 7 3. Resultados y discusión .................................................................... pág. 10 4. Conclusiones.................................................................................... pág. 15 5. Bibliografía ....................................................................................... pág. 16 6. Nomenclatura ................................................................................... pág. 17

Pág. 2

1. Introducción y Objetivos El objetivo principal de esta práctica va a consistir en la determinación de los coeficientes global e individual de transferencia de calor de un intercambiador de doble tubo concéntrico líquido-líquido por los métodos de Sieder-Tate y de Wilson. Asimismo, se va a obtener también el coeficiente de ensuciamiento de los tubos, se determinará el calor transferido para distintos caudales y se describirán los fenómenos físicos que experimenta cada fluido en su paso a través del intercambiador. Antes de realizar la experimentación, se van a definir una serie de conceptos necesarios para poder llevar a cabo la práctica, tales como el equilibrio líquido/vapor para una sustancia pura, la transferencia de calor por convección, los equipos de intercambio de calor y los métodos de Sieder-Tate y de Wilson. Un sistema se encuentra en equilibrio termodinámico si éste es incapaz de experimentar espontáneamente algún cambio de estado cuando está sometido a unas determinadas condiciones de contorno. Este equilibrio entre fases se da cuando la presión y la temperatura son constantes y uniformes. En el caso que se va a estudiar, se trata de un equilibrio heterogéneo ya que está establecido en un sistema con más de una fase (líquido y vapor). La presión de vapor es aquella que tiene un sistema líquido en equilibrio con su vapor y se va afectada por la temperatura y el volumen. Para pasar de fase líquida a fase vapor se requiere cierta energía para romper las fuerzas intermoleculares de dicho líquido. A esta energía se la conoce como entalpía de vaporización y es distinta para cada sustancia. Por lo que a la transferencia de calor respecta, hay que tener en cuenta que se trata de un proceso en el que se intercambia energía térmica desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menos temperatura, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que está a distinta temperatura. Esta transferencia puede realizarse mediante conducción, convección o radiación. Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un líquido o un gas, es casi seguro que se va a producir un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del fluido a otra por un proceso conocido como Pág. 3

convección. Cuando el líquido o gas se encuentra en el campo gravitatorio, el fluido más caliente y menos denso va a ascender, mientras que el fluido más frío y de densidad elevada va a descender. Este tipo de movimiento se conoce como convección natural. Por otro lado, la convección forzada será aquella que se logre sometiendo el fluido a un gradiente de presiones, forzando el movimiento de éste de acuerdo a las leyes de la mecánica de fluidos. A continuación, se va a realizar una breve introducción a los equipos de intercambio de calor, donde se van a describir los tipos de intercambiadores que existen y los fenómenos físicos que están relacionados. Antes que nada, se define al intercambiador de calor como un equipamiento diseñado y construido para transferir calor entre dos fluidos a diferente temperatura. Éstos pueden ser de contacto directo o bien de contacto indirecto (recuperadores). Seguidamente, se muestra la clasificación de estos equipos según su construcción o bien según la operación a realizar. Según la construcción del intercambiador pueden hallarse cuatro tipos: -

Intercambiadores de doble tubo. Están constituidos por dos tubos concéntricos de diámetros diferentes. Uno de los fluidos fluye por el interior del tubo de menor diámetro mientras que el otro fluido fluye por el espacio anular entre los dos tubos.

-

Intercambiadores de carcasa y tubos. Consiste en un conjunto de tubos montados dentro de una carcasa cilíndrica con el eje de los tubos paralelos al eje de la carcasa. Un fluido circula por dentro de los tubos y el otro por fuera de ellos.

-

Intercambiadores compactos. Diseñados para lograr un gran área superficial de transferencia de calor por unidad de volumen. Los dos fluidos suelen moverse en direcciones ortogonales entre sí.

-

Intercambiadores de placas. Consta de placas, en lugar de tubos, para separar

los

fluidos.

Estas

placas

pueden

estar

corrugadas,

empaquetadas o bien soldadas dentro de un bastidor en el que el flujo de proceso se encuentra en canales alternos y el flujo de servicio entre los canales del proceso.

Pág. 4

En cambio, según la operación que van a llevar a cabo, se diferencian cinco tipos distintos de intercambiadores de calor: -

Intercambiadores de flujo paralelo. El flujo interno y externo fluyen en la misma dirección y entran al intercambiador por el mismo extremo.

-

Intercambiadores de contraflujo. Los fluidos fluyen en la misma dirección pero en sentido opuesto.

-

Intercambiadores de flujo cruzado. Mientras uno de los fluidos pasa a través de los tubos, el otro pasa alrededor formando un ángulo de 90º. Este tipo de intercambiadores se usa cuando uno de los fluidos presenta cambio de fase.

-

Intercambiadores de un solo paso o de múltiples pasos. El hecho de tener que pasar los dos fluidos varias veces dentro de un intercambiador de paso simple va a permitir mejorar el desempeño de un intercambiador de calor combinando las características de dos o más intercambiadores. Si el fluido sólo intercambia calor una sola vez se denomina de paso simple y, en cambio, si intercambia más de una vez, se conoce como intercambiador de múltiple paso.

-

Intercambiadores regenerativos o no-regenerativos. El fluido caliente y el frío van a ser el mismo. El fluido caliente abandona el sistema cediendo su calor a un regenerador y posteriormente regresa al sistema. Los intercambiadores

regenerativos

son

utilizados

en

sistemas

con

temperaturas altas donde una porción del fluido del sistema se remueve del proceso principal y éste es integrado al sistema más adelante. Por último, se nombran los métodos de Wilson y de Sieder-Tate, los cuales van a ser usados para realizar el cálculo de los coeficientes global e individual de transferencia de calor. Por un lado, el método de Sieder-Tate utiliza tres ecuaciones distintas en función del tipo de flujo que se tenga: -

Para flujo laminar (Re...