Informe 4 - Intercambiador DE Placas Sistematizados - Tranferencia DE Calor PDF

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Laboratorio Laboratorio de de Transferencia Transferencia de de Calor Calor Facultad de Semestre Fecha de Junio 21 de 2019 Fecha de Julio 05 de 2019 Intercambiador de Placas Sistematizados (EDIBON) Plate Heat Exchanger Escudero 1 Universidad del En el presente informe se detalla el desarrollo de la ...

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Labor atorio ransferencia Laboratorio Transferencia Labor atorio de de T T ransferencia de de Calor Calor Laboratorio Transferencia Facultad de Ingeniería – Semestre 2019-I Fecha de realización: Junio 21 de 2019 Fecha de presentación: Julio 05 de 2019

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Intercambiador de Placas Sistematizados (EDIBON) Plate Heat Exchanger Escudero Nelson1* 1

Universidad del Atlántico, Barranquilla- Colombia; *[email protected]

Resumen— En el presente informe se detalla el desarrollo de la práctica de intercambiador de placas sistematizados EDIBON, con el objetivo de analizar los coeficientes individuales y globales de trasferencia de calor, así como la influencia de las configuraciones en paralelo y en contracorriente de los caudales. Se realizó balances de energía para determinar las perdidas, así como el método de efectividad NTU para analizar el intercambiador de calor. Los resultados obtenidos fueron tabulados y contendidos en las siguientes secciones. Palabras clave: Flujo, placas, eficiencia, contracorriente, paralelo. Abstract— In this report, the development of the EDIBON systemized plate exchangers is explained, with the objective of concentrating the coefficients of the calorie exchanges, as well as the influence of the configurations in parallel and in the counterflow of the flows. Energy balances are made to determine the losses, as well as the production method. The results have been tabulated and contained in the following sections. Keywords: Flow, plates, efficiency, countercurrent, parallel. I.

INTRODUCCIÓN

En el presente informe se llevará a cabo la experiencia de laboratorio denominada intercambiador de calor de placas (EDIBON). Básicamente la base de funcionamiento de un intercambiador de placas es que los fluidos calientes y fríos intercambian entre si su calor a través de las placas corrugadas, el total del líquido que pasa a través del intercambiador se divide en partes iguales en función del número de placas que disponga el intercambiador para el caso nuestro el número de placas es igual a 20. Gracias a este mecanismo, y a la corrugación de las placas, se incrementa notablemente la velocidad de circulación creando un flujo turbulento que reduce el riesgo de incrustaciones al tiempo optimiza el intercambio de calor, de tal forma que el líquido alcance el 100% de su temperatura al final del recorrido de cada placa[ CITATION Sol \l 3082 ]. Para el estudio de transferencia de calor de este sistema se parte por un balance de energía

Q P =Q h−Q c (1) Donde Q P se definen como

son las pérdidas de energía,

Q h la energía del fluido caliente y Q c la energía del fluido frio. Las cuales

Q h =m ´ h C ph ( T 1 −T 2) (2) Q c=m ´ c C pc (t 1−t 2 ) (3) ´ h es el flujo másico del fluido caliente en, m ´ c es el flujo másico del fluido frío en, C ph es el calor Donde m específico del fluido caliente, C pc es el calor específico del fluido frío, T1 es la temperatura de entrada del fluido caliente, T2 es la temperatura de salida del fluido caliente, t1 es la temperatura de entrada del fluido frío, t2 es la temperatura de salida del fluido frío. Es decir, la razón de la transferencia de calor en un intercambiador es igual a la razón de capacidad calorífica de cualquiera de los dos fluidos multiplicada por el cambio de temperatura en ese fluido [2]. Sin embargo, para determinar el flujo de másico por

Intercambiador de tubos concéntricos sistematizados

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cada paso es necesario tener en cuenta si el número de placas es par o impar, a partir de esto se realiza el cálculo de la siguiente forma en el caso que el número de pasos sea impar.

´ i= m

2 Mi (4) N +1 M i es el flujo másico total del fluido caliente o frio, y N+1es el número de pasos totales de ambos fluidos.

Donde

Si el número de placas es par el flujo por paso es:

´ h= m

´ h= m

Mh N 2

(5)

Mh (6) N +1 2

Otra forma para determinar la razón de transferencia de calor en un intercambiador de calor es por medio de la ley de enfriamiento de Newton que se describe como

´ Q=U ∗A∗∆ T m (7) Donde U es el coeficiente total de transferencia de calor, A es el área de transferencia del calor y ∆ T m es una apropiada diferencia de temperatura entre los dos fluidos. Sin embargo, el coeficiente total de transferencia de calor, U, y la diferencia de temperatura entre los fluidos caliente y frío pueden variar a lo largo del intercambiador. Por tanto, se procede a definir el cambio de temperatura de una forma más exacta que debe usarse en el análisis de intercambiadores de calor y toma como nombre diferencia media logarítmica de temperatura.

∆ T m=

∆ T m=

( T 1−t2 ) − ( T 2−t 1)

[ ]

T −t ln 1 2 T 2−t 1

( T 1−t 1 ) − ( T 2−t 2)

[ ]

T −t ln 1 1 T 2−t 2

(8)

(9)

Donde (5) es para intercambiadores en contraflujo y (6) para flujo paralelo. T 1 es la temperatura de entrada del fluido caliente, T 2 es la temperatura de salida del fluido caliente, t 1 es la temperatura de entrada del fluido frío, t2 es la temperatura de salida del fluido frío. Donde el coeficiente global de transferencia de calor se define a partir de la premisa que el flujo de calor debe vencer una serie de resistencias que resultan de la transmisión de energía térmica por convección del fluido caliente hacia la pared, luego la conducción a través de esta y por último por convección desde la pared hacia el fluido caliente y entre otras como la resistencia al ensuciamiento.

Ingeniería Mecánica

Universidad del Atlántico

2019-I

Intercambiador de tubos concéntricos sistematizados

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1 1 X 1 = + + + R f (10) U h h K hc Donde hh y hc son los coeficientes de convección del fluido caliente y del frío, X es el espesor de la pared de los tubos interiores, K la conductividad térmica del material de las placas, Rf la resistencia de ensuciamiento. Además, el área de intercambia de calor se define como.

A=N∗L∗W (11 ) Donde, N es el número de placas térmicas (número total de placas menos las 2 de los extremos), L es la altura de la placa (en la dirección del flujo) y W es el ancho de la placa. Cabe destacar que las ecuaciones anteriormente mencionadas son válidas para contraflujo y paralelo [1]. Una forma para determinar el rendimiento con respecto a la transferencia de calor de un intercambiador específico es el llamado método de efectividad de NTU.

m ´ (¿ c p )min (12) U ∗A NTU = ¿ El cual se relaciona en un parámetro adimensional

ε=

ε el cual toma el nombre de efectividad de la transferencia de calor [2].

´ Q (13) Q ´max

Donde

´ es la razón de transferencia real y Q´max es la razón máxima posible de transferencia de calor. Es decir. Q

ε=

T 1−T 2 ´ h C ph< m ´ c C pc (14) , si m T 1 −t 1

ε=

t 2 −t 1 ,si m´ c C pc...