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GUÍA PARA EL INTERCAMBIADOR DE CALOR DE TUBOS CONCLABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II

Universidad de Antioquia

LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS IIGUÍA DE LABORATORIO

SEMESTRE 20

INTERCAMBIADOR DE CALOR DE TUBOS

1.1 Objetivos

• Estimar el calor transferido, intercambiador de calor de tubos concéntricos.

• Determinar tanto los coeficientes de convección (h: coeficiente de enfriamiento de Newton) para cada fluido, como el coeficiente global de transferencia de calor U en el

1.2 Marco teórico: Un intercambiador de calordos fluidos que se encuentran a temperaturas diferentes, entre sí. En este caso nos enfocaremos en aquel, clasificado como intercambiador de tubos concéntricos (o tubointercambiador de calor. Está constituido pordiferentes. Uno de los fluidos fluye por el tubo fluye por el espacio anular entre los dos tubos. En este tipo de intercambiador son posibles dos configuraciones en cuanto a la dirección del flujo de los fluidos: contraflujo y flujo paralelofluidos entran por el mismo extremo y fluyen en el mismo sentidoconfiguración en contraflujo los fluidos entran por los extremos opuestos y fluyen en sentidos opuestos. En un intercambiador de calor participan dos o más corrienteactúan como fuentes de calor y las otras actúan como receptores del calor, el se transfiere a través de las paredes metálicas de los tubos que conforman equipo (contacto indirecto). En un intercambiador de calor enfluido frio nunca puede ser superior a la temperatura de salida del fluido caliente En un intercambiador de calor enfrio puede ser superior a la temperatura de salida del fluido calientese tiene cuando la temperatura de salida del fluido frio es igual a la temperatura de entrada del fluido caliente. Lasuperior a la temperatura de entrada del fluido caliente

PARA EL INTERCAMBIADOR DE CALOR DE TUBOS CONCÉNTRICOS LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II Página

Universidad de Antioquia Departamento de Ingeniería Química

LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS IIGUÍA DE LABORATORIO

SEMESTRE 2010-1

INTERCAMBIADOR DE CALOR DE TUBOS CONCÉNTRICOS

Jair Murillo Mosquera

Estimar el calor transferido, y el calor perdido al ambiente en el intercambiador de calor de tubos concéntricos.

Determinar tanto los coeficientes de convección (h: coeficiente de enfriamiento de Newton) para cada fluido, como el coeficiente global de transferencia de calor U en el intercambiador de tubos concéntricos.

intercambiador de calor es un aparato que facilita el intercambio de calor entre que se encuentran a temperaturas diferentes, evitando que se mezclen

enfocaremos en aquel, clasificado como intercambiador s concéntricos (o tubo doble). Este es el tipo más sencillo de

intercambiador de calor. Está constituido por dos tubos concéntricos de diámetros diferentes. Uno de los fluidos fluye por el tubo de menor diámetro 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 dirección del flujo de los

flujo paralelo. En la configuración en flujo paralelo los dos fluidos entran por el mismo extremo y fluyen en el mismo sentido

contraflujo los fluidos entran por los extremos opuestos y fluyen

En un intercambiador de calor participan dos o más corrientes de proceso, unas actúan como fuentes de calor y las otras actúan como receptores del calor, el se transfiere a través de las paredes metálicas de los tubos que conforman

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

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 casose tiene cuando la temperatura de salida del fluido frio es igual a la temperatura de

. La temperatura de salida del fluido frio nunca puede ser superior a la temperatura de entrada del fluido caliente

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Departamento de Ingeniería Química

LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II

INTERCAMBIADOR DE CALOR DE TUBOS

al ambiente en el

Determinar tanto los coeficientes de convección (h: coeficiente de enfriamiento de Newton) para cada fluido, como el coeficiente global de

intercambiador de tubos concéntricos.

facilita el intercambio de calor entre evitando que se mezclen

enfocaremos en aquel, clasificado como intercambiador . Este es el tipo más sencillo de

de diámetros de menor diámetro 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 dirección del flujo de los

o paralelo los dos fluidos entran por el mismo extremo y fluyen en el mismo sentido. En la

contraflujo los fluidos entran por los extremos opuestos y fluyen

s de proceso, unas actúan como fuentes de calor y las otras actúan como receptores del calor, el cual se transfiere a través de las paredes metálicas de los tubos que conforman el

la temperatura de salida del fluido frio nunca puede ser superior a la temperatura de salida del fluido caliente.

la temperatura de salida del fluido . El caso límite

se tiene cuando la temperatura de salida del fluido frio es igual a la temperatura de salida del fluido frio nunca puede ser

superior a la temperatura de entrada del fluido caliente[1].



En la figura 1 siguiente se muestran esquemas de las dos configuracionescomo la evolución de la temperatura de los fluidos en cada una de ellas:

Figura 1 intercambiadores de calor concéntricos según su dirección

La configuración de los fluidosfactores, El más importante es el de el objetivo de evitar pérdidas También hay otros factores que suprimen a este como por ejemplo que el fluido sea corrosivo o tóxico, ya queinterior, porque es preferible que se dañe el tubo interior evitando pérdidas de este fluido hacia el ambienteel medio ambiente no estaría en peligrotubería interior. 1.3 Diferencia media logarítmica de Analicemos la diferencia operativa de temperatura en un intercambiador en el que hay una disposición en contracorriente pura. Cuando se grafica la función de la longitud del intercambiadorEn la primera, ambas temperaturas, (temperatura del fluido caliente t1 hasta t2 y T disminuyendo desde



siguiente se muestran esquemas de las dos configuracionescomo la evolución de la temperatura de los fluidos en cada una de ellas:


de los fluidos en este tipo de intercambiador depende de varios l más importante es el de ubicar el fluido caliente en el tubo interior

pérdidas de calor por convección al medio exterior (aire). También hay otros factores que suprimen a este como por ejemplo que el fluido

, ya que en este caso se colocará este fluido en el tubo porque es preferible que se dañe el tubo interior a que lo haga

evitando pérdidas de este fluido hacia el ambiente. Además, si se diera el medio ambiente no estaría en peligro, ya que el fluido tóxico se encuentra en la

Diferencia media logarítmica de temperatura (LMTD)

Analicemos la diferencia operativa de temperatura en un intercambiador en el que contracorriente pura. Cuando se grafica la temperatura

del intercambiador, se pueden dar dos situaciones típicasambas temperaturas, t (la temperatura del fluido frío) y

caliente varían simultáneamente. t lo hace creciendo desde disminuyendo desde T1 hasta T2.

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siguiente se muestran esquemas de las dos configuraciones, así como la evolución de la temperatura de los fluidos en cada una de ellas:


depende de varios fluido caliente en el tubo interior, con

de calor por convección al medio exterior (aire). También hay otros factores que suprimen a este como por ejemplo que el fluido

este fluido en el tubo lo haga el exterior,

si se diera un escape, que el fluido tóxico se encuentra en la

Analicemos la diferencia operativa de temperatura en un intercambiador en el que temperatura en

se pueden dar dos situaciones típicas. (la temperatura del fluido frío) y T

lo hace creciendo desde



Esta situación es la que describe el intercambio de calor sin cambio de fase de ninguna de las dos corrientes La figura H de la izquierda ilustra este caso, en tanto que a la derecha observamos la figura que representa la disposición de corrientes paralelas

Figura H. Distribución de temperatura a lo largo de un intercambiador de tubos concéntricos En la otra situación que se puede dar en contracorriente uno de los dos fluidos experimenta un cambio de fase y su temperatura permanece constante durante todo el proceso o en una porción del mismo. La figura J ilustra el caso de vapor de agua que se condensa intercambiando calor con agua que se calienta desde la temperatura temperatura del vapor permanece

Figura J. Perfil de temperatura en un intercambiador de calor de tubos conc

Para el caso de la figura H En la configuración en contracorriente se tiene:



Esta situación es la que describe el intercambio de calor sin cambio de fase de ninguna de las dos corrientes [4] .

de la izquierda ilustra este caso, en tanto que a la derecha observamos la figura que representa la disposición de corrientes paralelas

. Distribución de temperatura a lo largo de un intercambiador de tubos concéntricos

En la otra situación que se puede dar en contracorriente uno de los dos fluidos experimenta un cambio de fase y su temperatura permanece constante durante todo el proceso o en una porción del mismo.

ilustra el caso de vapor de agua que se condensa intercambiando calor con agua que se calienta desde la temperatura ta1 hasta ta2 en tanto que la temperatura del vapor permanece constante.

Figura J. Perfil de temperatura en un intercambiador de calor de tubos concéntricos cuando

hay cambio de fase

se tiene lo siguiente:

En la configuración en contracorriente se tiene:

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Esta situación es la que describe el intercambio de calor sin cambio de fase de

de la izquierda ilustra este caso, en tanto que a la derecha observamos la figura que representa la disposición de corrientes paralelas

. Distribución de temperatura a lo largo de un intercambiador de tubos concéntricos

En la otra situación que se puede dar en contracorriente uno de los dos fluidos experimenta un cambio de fase y su temperatura permanece constante durante

ilustra el caso de vapor de agua que se condensa intercambiando en tanto que la

éntricos cuando



∆T2 = ∆TB = T2 - t1 y ∆T1 = En la configuración en corriente paralela se tiene: ∆T2 = ∆TA = T1 - t1 y ∆T1 = ∆T La diferencia media logarítmica de temperatura

1.4 Intercambiadores de doble tubo El intercambiador de doble tubo es el tipo tubos rectos. Básicamente consiste en dos tubos concéntricos, lisos o aletados. Normalmente el fluido frío se coloca en el espacio anular, y el fluido cálido va en el interior del tubo interno. La disposición geométrica es

El intercambiador está formado por varias unidades como las mostradas en el esquema. Cada una de ellas se llama bridado común y corriente. Las uniones también pueden ser soldadas, pero esto no es habitual pues dificulta el armado y desarmado para su limpieza. El flujo en este tipo y similares es a contracorriente pura, excepto cuando hagrandes que demandan un arreglo en seriepura resulta en hasta un 20% equicorrientes de modo que si se manejan corrientes pequeñas estemejor, y también el más económico



∆TA = T1 - t2

En la configuración en corriente paralela se tiene:

∆TB = T2 - t2 .

La diferencia media logarítmica de temperatura s e define así:

Intercambiadores de doble tubo

El intercambiador de doble tubo es el tipo más simple que se puede encontrar de tubos rectos. Básicamente consiste en dos tubos concéntricos, lisos o aletados. Normalmente el fluido frío se coloca en el espacio anular, y el fluido cálido va en el interior del tubo interno. La disposición geométrica es la siguiente:

El intercambiador está formado por varias unidades como las mostradas en el esquema. Cada una de ellas se llama horquilla y se arma con tubo roscado o bridado común y corriente. Las uniones también pueden ser soldadas, pero esto no es habitual pues dificulta el armado y desarmado para su limpieza. El flujo en este tipo y similares es a contracorriente pura, excepto cuando hagrandes que demandan un arreglo en serie-paralelo. El flujo en contracorriente pura resulta en hasta un 20% más de intercambio comparado con el arreglo en equicorrientes de modo que si se manejan corrientes pequeñas este

económico[4].

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simple que se puede encontrar de tubos rectos. Básicamente consiste en dos tubos concéntricos, lisos o aletados. Normalmente el fluido frío se coloca en el espacio anular, y el fluido cálido va en el

El intercambiador está formado por varias unidades como las mostradas en el y se arma con tubo roscado o

bridado común y corriente. Las uniones también pueden ser soldadas, pero esto no es habitual pues dificulta el armado y desarmado para su limpieza. El flujo en este tipo y similares es a contracorriente pura, excepto cuando hay caudales

paralelo. El flujo en contracorriente de intercambio comparado con el arreglo en

equipo es el



1.5 Algunas de sus ventaja

• Son flexibles, fáciles de armar y mantener. La cantidad de superficie útil de intercambio es fácil de modificar para adaptar el intercambiador a cambios en las condiciones de operación, conectando mas horquillas o anulándolas; desconectarlas lleva minutos.

• Se modifican en poco tiempo, con materiales abundantes en cualquier taller.

• No requieren mano de obra especializada para el armado y mantenimiento.

• Los repuestos son fácilme

1.6 Algunas de sus aplicaciones:Se usan cuando un fluido es un gas, o un líquido viscoso, o su caudal es pequeño, mientras el otro es un líquido de baja viscosidad, o con alto caudal. Son adecuados para servicios con corrientes de alto ensuciamiento, con lodos sedimentables o sólidos o alquitranes por la facilidad con que se limpian. Si hay una buena respuesta a la limpieza química o los fluidos no ensucian, las uniones pueden ser soldadas para resistir acomunes en procesos frigoríficos Las ecuaciones básicas y generales para estimar la cintercambiada y los coeficientesven en el modelo de cálculo

1.7 DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO

La unidad está formada por un arreglo de 8 tubos conectados en serie y colocados en posición vertical. En todos ellos circula aceite por el tubo interior, impulsado por la bomba rotatoria, desde un tanque cilíndrico vertical con regreso hasta los tubos del intercambiador (interior y exterior) como el tanque de almacenamiento son de cobre (latón rojo). Para la regulación del caudal del aceite se dispone del rotámetválvulaV4 (ver figura 2). El agua de refrigeración se controla Los primeros tres tubos de la derecha constituyen la sección de calentamiento. A ellos se admite vapor de agua, mediante las válvulas V6 y V8 y se extrae condensado mediante las v



lgunas de sus ventajas:

Son flexibles, fáciles de armar y mantener. La cantidad de superficie útil de intercambio es fácil de modificar para adaptar el intercambiador a cambios en las condiciones de operación, conectando mas horquillas o anulándolas; desconectarlas lleva minutos.

Se modifican en poco tiempo, con materiales abundantes en cualquier

No requieren mano de obra especializada para el armado y mantenimiento.

Los repuestos son fácilmente intercambiables y obtenibles en corto tiempo

Algunas de sus aplicaciones: cuando un fluido es un gas, o un líquido viscoso, o su caudal es pequeño,

mientras el otro es un líquido de baja viscosidad, o con alto caudal. Son servicios con corrientes de alto ensuciamiento, con lodos

sedimentables o sólidos o alquitranes por la facilidad con que se limpian. Si hay una buena respuesta a la limpieza química o los fluidos no ensucian, las uniones pueden ser soldadas para resistir altas presiones de operación. Son bastante comunes en procesos frigoríficos[4].

Las ecuaciones básicas y generales para estimar la cantidad de calor coeficientes globales y peculiares de transferencia

álculo (sección 1.8)

DEL EQUIPO

La unidad está formada por un arreglo de 8 tubos conectados en serie y colocados en posición vertical. En todos ellos circula aceite por el tubo interior, impulsado por la bomba rotatoria, desde un tanque cilíndrico vertical con regreso hasta os tubos del intercambiador (interior y exterior) como el tanque de almacenamiento son de cobre (latón rojo).

Para la regulación del caudal del aceite se dispone del rotámetro R1 y de la

El agua de refrigeración se controla mediante la válvula V5 y el rotámetro R2.Los primeros tres tubos de la derecha constituyen la sección de calentamiento. A ellos se admite vapor de agua, mediante las válvulas V6 y V8 y se extrae condensado mediante las válvulas V9 y V10 por la trampa A.

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La cantidad de superficie útil de intercambio es fácil de modificar para adaptar el intercambiador a cambios en las condiciones de operación, simplemente conectando mas horquillas o anulándolas; desconectarlas lleva minutos.

Se modifican en poco tiempo, con materiales abundantes en cualquier

No requieren mano de obra especializada para el armado y mantenimiento.

nte intercambiables y obtenibles en corto tiempo

cuando un fluido es un gas, o un líquido viscoso, o su caudal es pequeño, mientras el otro es un líquido de baja viscosidad, o con alto caudal. Son

servicios con corrientes de alto ensuciamiento, con lodos sedimentables o sólidos o alquitranes por la facilidad con que se limpian. Si hay una buena respuesta a la limpieza química o los fluidos no ensucian, las uniones

ltas presiones de operación. Son bastante

transferencia de calor se

La unidad está formada por un arreglo de 8 tubos conectados en serie y colocados en posición vertical. En todos ellos circula aceite por el tubo interior, impulsado por la bomba rotatoria, desde un tanque cilíndrico vertical con regreso hasta él. Tanto os tubos del intercambiador (interior y exterior) como el tanque de

ro R1 y de la

mediante la válvula V5 y el rotámetro R2. Los primeros tres tubos de la derecha constituyen la sección de calentamiento. A ellos se admite vapor de agua, mediante las válvulas V6 y V8 y se extrae



Figura 2 intercambiadores

Nota: las trampas no representan gráficamente el lugar donde se encuentran en el equipo real Con el fin de alimentar vapor seco a la unidad, se dispone de la extrae el condensado de la línea. Ambas trampas (Aextraer los condensados del flujo de vapor que circula en el equipo



intercambiadores de calor de tubos concéntricos

las trampas no representan gráficamente el lugar donde se encuentran en

Con el fin de alimentar vapor seco a la unidad, se dispone de la trampa B, la cual extrae el condensado de la línea. Ambas trampas (A y B) son de flotador extraer los condensados del flujo de vapor que circula en el equipo.

Trampa A

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de calor de tubos concéntricos

las trampas no representan gráficamente el lugar donde se encuentran en

trampa B, la cual y B) son de flotador para

Trampa B



Los otros cinco tubos de la unidad, constituyen la sección de enfriamiento. En ésta unidad se enfría el aceite caliente proveniente de la primera sección, mediante agua de refrigeración (tomada del acueducto), que circula por anular del intercambiador y en contracorriente al aceite. La unidad está provista de termopares para la medición de temperaturas del aceite, del agua y del vapor.instrumentos de medida en el equipo:

• Manómetro de BourdoEste manómetro consiste en una carátula o dial calibrado en unidades psi o kpa y una aguja indicadora conectada a través de una articulación al tubo de Bourdon, el cual se encuentra conectado a la presión del sistema. (El manómetro se llama así por francés.) El tubo de Bourdon es un tubo de sección elíptica que forma un anillo casi completo, cerrado por un extremo. Al aumentar la presión en el interior del tubo, éste tiende a enderezarse y el movimiaguja indicadora, por un sector dentado y un piñón. La ley de deformación de Bourdon es bastante compleja y ha sido determinada empíricamente a través de numerosas observaciones y ensayos en varios tubos. Los materiales empleados inoxidable, aleación de cobre o aleaciones emonel.

El manómetro de tubo de Bourdon, es por lo general, un instrumento de precisión cuya exactitud varía entre



Los otros cinco tubos de la unidad, constituyen la sección de enfriamiento. En ésta unidad se enfría el aceite caliente proveniente de la primera sección, mediante agua de refrigeración (tomada del acueducto), que circula por

intercambiador y en contracorriente al aceite.

La unidad está provista de termopares para la medición de temperaturas del aceite, del agua y del vapor. Además de esto se cuenta con los siguientes instrumentos de medida en el equipo:

Manómetro de Bourdon: Este manómetro consiste en una carátula o dial calibrado en unidades psi o

y una aguja indicadora conectada a través de una articulación al tubo de Bourdon, el cual se encuentra conectado a la presión del sistema. (El manómetro se llama así por su inventor, Eugene Bourdon, un ingeniero

El tubo de Bourdon es un tubo de sección elíptica que forma un anillo casi completo, cerrado por un extremo. Al aumentar la presión en el interior del tubo, éste tiende a enderezarse y el movimiento es transmitido a la aguja indicadora, por un sector dentado y un piñón. La ley de deformación de Bourdon es bastante compleja y ha sido determinada empíricamente a través de numerosas observaciones y ensayos en varios tubos. Los materiales empleados normalmente en el tubo de Bourdon son el acero inoxidable, aleación de cobre o aleaciones especiales como hastello

Figura 3. Manómetro

El manómetro de tubo de Bourdon, es por lo general, un instrumento de precisión cuya exactitud varía entre 0.1% y 3% de su escala completa.

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Los otros cinco tubos de la unidad, constituyen la sección de enfriamiento. En ésta unidad se enfría el aceite caliente proveniente de la primera sección, mediante agua de refrigeración (tomada del acueducto), que circula por la sección

La unidad está provista de termopares para la medición de temperaturas del Además de esto se cuenta con los siguientes

Este manómetro consiste en una carátula o dial calibrado en unidades psi o y una aguja indicadora conectada a través de una articulación al tubo

de Bourdon, el cual se encuentra conectado a la presión del sistema. (El su inventor, Eugene Bourdon, un ingeniero

El tubo de Bourdon es un tubo de sección elíptica que forma un anillo casi completo, cerrado por un extremo. Al aumentar la presión en el interior

ento es transmitido a la aguja indicadora, por un sector dentado y un piñón. La ley de deformación de Bourdon es bastante compleja y ha sido determinada empíricamente a través de numerosas observaciones y ensayos en varios tubos. Los

normalmente en el tubo de Bourdon son el acero speciales como hastelloy y

El manómetro de tubo de Bourdon, es por lo general, un instrumento de 0.1% y 3% de su escala completa.



• Rotámetros: Son caudalímetros simples, confiables y económicos. Los constituyen tres elementos básicos: los flotantes, los tubos cónicos y las escalas. La energía para operar la aporta el mismo fluido, (vapor), que empuja el flotante hacia arriba, hasta que el área anular (anillo entre flotante y tubo) sea lo suficientemente grande para permitir el pasaje del caudal instantáneo. A mayor caudal el flotante se eleva y desciende cuando disminuye. Las dist1:10 entre el caudal mínimo y máximo

• Termocupla: Las termocuplas son tal vezusados en la actividad científica y en la industria.transductor de temperaturamagnitud física en una señal eléctrica. Está compuesta por dos alambres de metales diferentes, los que unidos convenientemente generan entre sus extremos libres, una diferencia de potencial proporcional a la diferetemperatura entre ellos. Los alambres para fabricar una Termocupla se escogen de acuerdo a lo siguiente:

� Resistencia a la corrosión, oxidación, y cristalización.



Son caudalímetros simples, confiables y económicos. Los constituyen tres elementos básicos: los flotantes, los tubos cónicos y las escalas. La energía para operar la aporta el mismo fluido, (líquidovapor), que empuja el flotante hacia arriba, hasta que el área anular (anillo entre flotante y tubo) sea lo suficientemente grande para permitir el pasaje del caudal instantáneo. A mayor caudal el flotante se eleva y desciende cuando disminuye. Las distintas conicidades permiten obtener un rango de 1:10 entre el caudal mínimo y máximo[2].

Figura 4 Rotámetro

Las termocuplas son tal vez los sensores de temperatura más

usados en la actividad científica y en la industria. Una termocupla transductor de temperatura, es decir, un dispositivo que traduce una magnitud física en una señal eléctrica. Está compuesta por dos alambres de metales diferentes, los que unidos convenientemente generan entre sus extremos libres, una diferencia de potencial proporcional a la diferetemperatura entre ellos.

Los alambres para fabricar una Termocupla se escogen de acuerdo a lo

Resistencia a la corrosión, oxidación, y cristalización.

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Son caudalímetros simples, confiables y económicos. Los constituyen tres elementos básicos: los flotantes, los tubos cónicos y las

líquido, gas o vapor), que empuja el flotante hacia arriba, hasta que el área anular (anillo entre flotante y tubo) sea lo suficientemente grande para permitir el pasaje del caudal instantáneo. A mayor caudal el flotante se eleva y desciende

intas conicidades permiten obtener un rango de

los sensores de temperatura más termocupla es un

es decir, un dispositivo que traduce una magnitud física en una señal eléctrica. Está compuesta por dos alambres de metales diferentes, los que unidos convenientemente generan entre sus extremos libres, una diferencia de potencial proporcional a la diferencia de

Los alambres para fabricar una Termocupla se escogen de acuerdo a lo



� Desarrollo de una F.E.M. relativamente alta, la más grande generada por su termopar c

� Una relación entre temperatura y F.E.M. de tal manera que el aumento de ésta sea aproximadamente uniforme al aumento de la temperatura[3]

Figura 5. Indicador de temperatura conectado a las termocuplas

Para tomar las temperaturas de cadaaceite, las temperaturas en lasla figura 2 corresponden a las posiciones 1digital. En el caso del vaporFinalmente, para el agua en lasencontramos en el indicador en los lugares 11, 12, 13, 14, 15 y 16 respectivamente.

• Válvulas de globo: el cierre se logra pordel fluido en un asiento que suele estar paralelo con la circulación en la tubería.

Recomendada para • Estrangulación o regulación de circulación.• Para accionamiento frecuente.• Para corte positivo de gases o aire.



Desarrollo de una F.E.M. relativamente alta, la más grande generada por su termopar comercial es cerca de 50 milivoltios. Una relación entre temperatura y F.E.M. de tal manera que el aumento de ésta sea aproximadamente uniforme al aumento de la

[3].

Indicador de temperatura conectado a las termocuplas

Para tomar las temperaturas de cada uno de los termopares, tenemos

las temperaturas en las posiciones A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8, A9, a las posiciones 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 y 9 d

el caso del vapor, hallamos su temperatura en la posición 10.para el agua en las posiciones a1, a2, a3, a4, a5, a6, de la figura

en el indicador en los lugares 11, 12, 13, 14, 15 y 16

: Una válvula de globo es de vueltas múltiples, en la cual el cierre se logra por medio de un disco o tapón que cierra o corta el paso del fluido en un asiento que suele estar paralelo con la circulación en la

regulación de circulación. Para accionamiento frecuente.

positivo de gases o aire.

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Desarrollo de una F.E.M. relativamente alta, la más grande generada

Una relación entre temperatura y F.E.M. de tal manera que el aumento de ésta sea aproximadamente uniforme al aumento de la

uno de los termopares, tenemos que para el posiciones A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8, A9, de

del indicador en la posición 10.

de la figura 2 las en el indicador en los lugares 11, 12, 13, 14, 15 y 16

Una válvula de globo es de vueltas múltiples, en la cual ierra o corta el paso

del fluido en un asiento que suele estar paralelo con la circulación en la



• Cuando es aceptable cierta resistencia a la circulación. Aplicaciones Servicio general, líquidos, vapores, gases, corrosivos, pastas semilíquidas.Ventajas • Estrangulación eficiente con estiramiento o erosión mínimos del disco o asiento.• Carrera corta del disco y pocas vueltas para accionarlas, lo cual reduce el

tiempo y desgaste en el vástago y el bonete.• Control preciso de la circulación.• Disponible con orificios múltiples.Desventajas • Gran caída de presión. • Costo relativo elevado. Variaciones Normal (estándar), en "Y", en ángulo, de tres vías.Materiales Cuerpo: bronce, hierro, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero inoxidable, plásticos. Componentes: diversos. Instrucciones especiales para instalación y mantenimientoInstalar de modo que la presión vapor a alta temperatura. Registro en lubricación. Hay que abrir ligeramente la válvula para expulsar asiento. Apretar la tuerca de la empaquetadura, para corregir de inmediato las fugas por la empaquetadura. Especificaciones para el pedido• Tipo de conexiones de extremo.• Tipo de disco. • Tipo de asiento. • Tipo de vástago. • Tipo de empaquetadura o sello del vástago.• Tipo de bonete. • Capacidad nominal para presión.• Capacidad nominal para temperatura. Bomba centrífuga: La bomba de ecentrífuga. Una bomba centrifuga es un dispositivo constituido paletas rotatorias perfectamente encajadas dentro de una cubierta metálica, de manera que son capaces de impulsar al líquido que esté contenido dentro de la cubierta, gracias a la fuerza centrifuga que se genera cuando giran las paletas.

Los elementos principales de toda bomba centrifuga son:1) Un elemento estático conformado por chumaceras, 2) Un elemento dinámico



Cuando es aceptable cierta resistencia a la circulación.

Servicio general, líquidos, vapores, gases, corrosivos, pastas semilíquidas.

ngulación eficiente con estiramiento o erosión mínimos del disco o asiento.Carrera corta del disco y pocas vueltas para accionarlas, lo cual reduce el tiempo y desgaste en el vástago y el bonete. Control preciso de la circulación.

múltiples.

Normal (estándar), en "Y", en ángulo, de tres vías.

Cuerpo: bronce, hierro, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero

Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento alar de modo que la presión esté debajo del disco, excepto en servicio con

Hay que abrir ligeramente la válvula para expulsar los cuerpos extraños del

Apretar la tuerca de la empaquetadura, para corregir de inmediato las fugas por la

Especificaciones para el pedido Tipo de conexiones de extremo.

quetadura o sello del vástago.

Capacidad nominal para presión. Capacidad nominal para temperatura.

La bomba de este equipo que impulsa el aceite es una bomba Una bomba centrifuga es un dispositivo constituido por un conjunto de

paletas rotatorias perfectamente encajadas dentro de una cubierta metálica, de manera que son capaces de impulsar al líquido que esté contenido dentro de la cubierta, gracias a la fuerza centrifuga que se genera cuando giran las paletas.

Los elementos principales de toda bomba centrifuga son:1) Un elemento estático conformado por chumaceras, estepero2) Un elemento dinámico-giratorio conformado por un impulsor y una flecha.

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Servicio general, líquidos, vapores, gases, corrosivos, pastas semilíquidas.

ngulación eficiente con estiramiento o erosión mínimos del disco o asiento. Carrera corta del disco y pocas vueltas para accionarlas, lo cual reduce el

debajo del disco, excepto en servicio con

los cuerpos extraños del

Apretar la tuerca de la empaquetadura, para corregir de inmediato las fugas por la

ste equipo que impulsa el aceite es una bomba por un conjunto de

paletas rotatorias perfectamente encajadas dentro de una cubierta metálica, de manera que son capaces de impulsar al líquido que esté contenido dentro de la cubierta, gracias a la fuerza centrifuga que se genera cuando giran las paletas.

Los elementos principales de toda bomba centrifuga son: estepero y cubierta.

por un impulsor y una flecha.



En los últimos años, gracias a las facilidades que se han venido dando en el suministro de la energía gran manera. Dado que la mayoría de las bombas son impulsadas con motores eléctricos, esta mejora en ediseñadores y fabricantes de motores eléctricos puedan proveer motores poderosos y confiables. Existen bombas capaces de alcanzar de forma estable velocidades tan altas como 10.000 rpm y de bombear contra aimpulsando hasta dos millones de litros por minuto.Las bombas centrifugas tienen cientos de aplicacionesson empleados en usos que van desde el simple desagüe de la alimentación de aguas blanc Medidas y datos generales del equipo

• Tubo interior ID= 1.505 in

• Tubo exterior ID= 1.025

• La longitud de cada tubo es 9.39 pies

• Sección de calentamiento:

• Sección de enfriamiento:

• Datos del Aceite: temperatura

Gravedad especifica

Viscosidad

Conductividad térmica

Calor especifico

1.7 Procedimiento:

• Verificar el estado de las válvulas, si

• Revisar que el indicador digita

• Abrir la válvula V4, que corresponde a la entrada de aceite.

• Encender la bomba lado derecho del equipo

• Ajustar la rata de flujo de aceite deseada, mediante el rotámetro R1

• Abrir la válvula V5, para permitir la entrada de agua de refrigeración a la unidad de enfriamiento. Con determinado.

• Hacer una purga al sistemaparte superior del equipo) y desplace hacia la zona inferior del equipo.



En los últimos años, gracias a las facilidades que se han venido dando en el suministro de la energía eléctrica, el uso de las bombas se ha extendido de

Dado que la mayoría de las bombas son impulsadas con motores eléctricos, esta mejora en el flujo de la electricidad ha permitido que los diseñadores y fabricantes de motores eléctricos puedan proveer motores poderosos y confiables.

Existen bombas capaces de alcanzar de forma estable velocidades tan altas como 10.000 rpm y de bombear contra alturas mayores de 100 metros impulsando hasta dos millones de litros por minuto. Las bombas centrifugas tienen cientos de aplicaciones. Estos dispositivos son empleados en usos que van desde el simple desagüe de sótanosla alimentación de aguas blancas para una ciudad entera.

Medidas y datos generales del equipo:

Tubo interior ID= 1.505 in ( 0.0382 m) OD= 1.625 in (0.0413 m)

Tubo exterior ID= 1.025 in (0.0260 m) OD= 1.125 in ( 0.0286 m

La longitud de cada tubo es 9.39 pies(2.86 m)

Sección de calentamiento: 3 tubos

Sección de enfriamiento: 5 tubos

40ºC 29ºC

0.871 0.88

3.24 cP 5.548 cP

0.0764 (Btu/hr.ft.ºF) (0.1322J/(s*m*k))

0.076 (Btu/hr.ft.ºF)(0.1315J/(s*m*k)

0.463 Btu/lbm.ºF (1.938 kJ/(kg* ºC))

0.44 Btu/lbm.ºF

kJ/(kg* ºC))

Verificar el estado de las válvulas, si están abiertas o cerradas.

indicador digital de temperatura esté conectado.

, que corresponde a la entrada de aceite.

impulsora de aceite, por medio del switchlado derecho del equipo.

la rata de flujo de aceite deseada, mediante el rotámetro R1

la válvula V5, para permitir la entrada de agua de refrigeración a la unidad de enfriamiento. Con el rotámetro R2 ajustar el caudal

Hacer una purga al sistema: cierre la válvula 6 (la que lleva el vapor a la parte superior del equipo) y abra la válvula que permite que el desplace hacia la zona inferior del equipo. Cierre la válvula

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En los últimos años, gracias a las facilidades que se han venido dando en el se ha extendido de

Dado que la mayoría de las bombas son impulsadas con motores ha permitido que los

diseñadores y fabricantes de motores eléctricos puedan proveer motores

Existen bombas capaces de alcanzar de forma estable velocidades tan lturas mayores de 100 metros

Estos dispositivos sótanos hasta

)

6 m)

(Btu/hr.ft.ºF) s*m*k))

Btu/lbm.ºF (1.842 )

por medio del switch colocado al

la rata de flujo de aceite deseada, mediante el rotámetro R1.

la válvula V5, para permitir la entrada de agua de refrigeración a la el caudal en un valor

cierre la válvula 6 (la que lleva el vapor a la que el vapor se

que lleva el



condensado recogidoequipo (parte inferior)que está en la parte inferior del equipo justamendescarga. Purgue hasta que se descarte la salida de agua.

• Cierre la válvula que permite el paso de vapor hacia la zona inferior del equipo. Abrir las válvulas V6agua a la unidad y las válvulas V9 yNOTA: las válvulas V7 y V8 permanecen abiertas. el sistema de tal manera que las temperaturas de entrada y salida del aceite (A1 y A9) seaestable.

• Tomar el condensado de la trampa “A”caudal.

• Anotar los valores de temperaturaT1, T2, T3.

• Anotar los valores de las temperaturas a1 y a6 que corresponden respectivamente a t1 y t2 para el agua de refrigeración

• Anotar la lectura del rotámetro R2 para determinar la rata de flujo del aguade refrigeración por la válvu

• Repetir el procedimiento variando el flujo de aceite.

• Repetir el procedimiento variando el flujo de agua.

• Repetir el procedimiento variando el flujo de vapor.

• Para finalizar el proceso:� Cerrar la entrad� Aumentar la rata de entrada del agua de refrigeración V5

operación el sistema p� Apagar la bomba de aceite sin cerrar la válvula V4.� Cerrar la entrada de agua V5.

1.8 Modelo de Cálculos: Balances: 1.8.1Sección de calentamiento:

aceiteónCondensaciCondensado mHm =∆*

Condensadom = Rata másica de condensación del vapor.

ónCondensaciH∆ = Calor latente de condensación del vapor a la presión de

aceitem =Rata másica del flujo del aceite.

1T = temperatura de entrada del aceite a la sección de calentamiento (cuando entra contacto con el vapor).

4T = temperatura de salida del aceite de la sección de

PerdidoQ = calor perdido por convección y radiación al medio ambiente.

( * HMQ CondensaciCondensadoPerdido ∆=



recogido al canal de descarga que está justamente parte inferior). Recoja el excedente de agua abriendo

en la parte inferior del equipo justamente encima del canal de hasta que se descarte la salida de agua.

Cierre la válvula que permite el paso de vapor hacia la zona inferior del las válvulas V6, V7, V8 para permitir la entrada de

agua a la unidad y las válvulas V9 y V10 para extraer el condensado. : las válvulas V7 y V8 permanecen abiertas. Esperar hasta

el sistema de tal manera que las temperaturas de entrada y salida del A1 y A9) sean iguales, llegando así a una operación de estado

el condensado de la trampa “A”, con balde y reloj para medir

los valores de temperatura A1, A4, A9 que serán respectivamente

los valores de las temperaturas a1 y a6 que corresponden respectivamente a t1 y t2 para el agua de refrigeración.

la lectura del rotámetro R2 para determinar la rata de flujo del aguapor la válvula V5.

el procedimiento variando el flujo de aceite.

el procedimiento variando el flujo de agua.

el procedimiento variando el flujo de vapor.

finalizar el proceso: la entrada de vapor, válvula V6.

la rata de entrada del agua de refrigeración V5operación el sistema para así enfriar al aceite y el equipo

la bomba de aceite sin cerrar la válvula V4. la entrada de agua V5.

Sección de calentamiento: ( ) Perdidoaceiteaceite QTTCp +− 12**

de condensación del vapor.

Calor latente de condensación del vapor a la presión del vapor.

del flujo del aceite.

= temperatura de entrada del aceite a la sección de calentamiento (cuando entra

= temperatura de salida del aceite de la sección de calentamiento (A4).

= calor perdido por convección y radiación al medio ambiente.

) ( )( )12** TTCpm aceiteaceiteónCondensaci −− (1)

Qotransferid

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justamente detrás del abriendo la válvula

del canal de

Cierre la válvula que permite el paso de vapor hacia la zona inferior del para permitir la entrada de vapor de

condensado. hasta estabilizar

el sistema de tal manera que las temperaturas de entrada y salida del una operación de estado

reloj para medir su

respectivamente

los valores de las temperaturas a1 y a6 que corresponden

la lectura del rotámetro R2 para determinar la rata de flujo del agua

la rata de entrada del agua de refrigeración V5 y dejar en el equipo.

vapor.

= temperatura de entrada del aceite a la sección de calentamiento (cuando entra en

(1)



Donde el calor transferido está

Q

Donde el LMTD es:

( )( )

ln2

1

12

−

−

−=

TT

TT

TTLMTD

vs

vs

:vsT Temperatura de vapor saturado

LDA 00 π=

AO: ES el área por donde se da presenta la transferDO: ES el diámetro del tubo interior y calentamiento. Cálculo de coeficientes globales y los coeficientes de

=m

U

Cálculo de los coeficientes peliculares:

Con la relación Di

L, y con el valor del

adimensional HJ en el apéndice del libro

en la gráfica #24, pág. 939 [5] El Número de Reynolds:

aceite

aceite

aceite

Ap

m

Diµ

= *Re

Donde Ap es el área de flujo del aceite

***

=aceite

aceiteaceiteH

Cp

DiJhi

κφ

κ

Con este valor podemos estimar el siguiente coeficiente



está dado también como :

LMTDAoUQotransferid

..= (2)

)3( ;

Temperatura de vapor saturado

(4)

ES el área por donde se da presenta la transferencia de calor del tubo interior y L e s la longitud la

de coeficientes globales y los coeficientes de convección específicos:

( )( )( )

−

−

−−

2

1

120

12

ln

*

**

TT

TT

TTA

TTCpm

vs

vs

aceiteaceite (5)

de los coeficientes peliculares:

, y con el valor del aceiteeℜ , se puede hallar el valor del

en el apéndice del libro Heat Process Transfer de Donald Kern#24, pág. 939 [5]

(8)

Donde Ap es el área de flujo del aceite

3/1*

aceite

aceiteµ

(7)

Con este valor podemos estimar el siguiente coeficiente

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e s la longitud la sección de

específicos:

, se puede hallar el valor del factor

Heat Process Transfer de Donald Kern



Do

Dihihio *=

Uc es el coeficiente total de transferencia de cque se calcula así:

00

00 *

hh

hhUc

i

i

+=

Donde h0 es el coeficiente pelicular para el lado del vapor y es igual a 1500 Btu/(h

ft2 °F) para el vapor libre de aire.

Rd = factor de costra para la sección de calentamiento

calcula por medio de los coeficientes globales de transferencia de calor de la

siguiente manera:

( )

)*( UUc

UUcRd

−=

Sección de enfriamiento Para esta sección se tiene en cuenta la siguiente consideraciónNo hay pérdidas de calor hacia el ambiente (variar mucho) Con un balance de energía idéntico al hecho en la sección de calentamiento se genera la siguiente ecuación: (calor que gana el aceite es absorbido por el agua

( )32** MTTCpm aceiteaceite ≈−

( ) '*** 32 AUTTCpm aceiteaceite =−

Donde (

(

(ln

)(

3

2

22'

T

T

TtTLMTD

−

−−−

=

''32'

*

)(*

LMTDA

TTCpmU

o

−=

Teniendo en cuentas las relaciones pasadas y el número de Reynolds determine

J´H.



(8)

Uc es el coeficiente total de transferencia de calor para el intercambiador

es el coeficiente pelicular para el lado del vapor y es igual a 1500 Btu/(h

°F) para el vapor libre de aire.

= factor de costra para la sección de calentamiento del intercambiador. Se


(10)

Para esta sección se tiene en cuenta la siguiente consideración: de calor hacia el ambiente (el gradiente de temperatura no va a

Con un balance de energía idéntico al hecho en la sección de calentamiento se genera la siguiente ecuación:

(calor que gana el aceite es absorbido por el agua) entonces

( )12** ttCpaguaagua − (11)

'*'0 LMTDA

( )

)

)

1

2

13

t

t

tT −

(12)

(13)


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alor para el intercambiador limpio

(9)

es el coeficiente pelicular para el lado del vapor y es igual a 1500 Btu/(h

del intercambiador. Se


(10)

temperatura no va a

Con un balance de energía idéntico al hecho en la sección de calentamiento se




aceite

aceite

aceite

Ap

m

Diµ

= *Re'

**''

=aceite

aceiteaceiteH

Cp

DiJhi

κφ

κ

Do

Dihihio '*'=

El Número de Reynolds para el agua de enfriamiento:

agua

agua

agua

Aa

m

Deµ

= *Re' ;

Donde Aa es el área de flujo del agua Con estos dos valores determine el parámetro J’’de convección así

**'''

=

agua

aguaagua

H

Cp

DeJho

κφ

κ

Calcúlese ahora el coeficiente global de transferencia de calor para el intercambiador limpio

''

''*

hohio

hohioU toenfriamien +

=

Determine el factor de obstrucción para la sección de enfriamiento por medio de la ecuación (5)

(('U

UR

toenfriamien

toenfriamien

d =

φ Se aproxima a 1

2 Resultados

temperatura Ensayo1

A1 A4 A9



Di

L'

3/1*

aceite

aceiteµ

El Número de Reynolds para el agua de enfriamiento:

; De

L'

Donde Aa es el área de flujo del agua

Con estos dos valores determine el parámetro J’’H con ello estime los coeficientes

3/1*

agua

aguaµ

Calcúlese ahora el coeficiente global de transferencia de calor para el

Determine el factor de obstrucción para la sección de enfriamiento por medio de la

))'*

'

U

U

to

to −

Ensayo1 Ensayo 2 Ensayo 3

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(7)

con ello estime los coeficientes

(8)

Calcúlese ahora el coeficiente global de transferencia de calor para el

(9)

Determine el factor de obstrucción para la sección de enfriamiento por medio de la



a1 a6

Ensayo 1

Qtransferido U UC Rd

Uenfria R´d

Pregunta Cuál de los tres ensayos fue el más eficiente. Justifique su respuesta

[1]http://www.telecable.es/personales/albatros1/calor/transferencia_de_calor_07_intercambiadores.htm [2]http://petracontrol.com/webayd/images/pdf/rotametros.[3]http://www.fisicarecreativa.com/informes/infor_termo/termocuplas.pdf[4] http://www.radiadoresgallardo.cl/topintercambiaodres.pdf[5]Donald Q. Kern. Procesos de Transferencia de Calor. GrawHill. New York. 1972



Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3

Cuál de los tres ensayos fue el más eficiente. Justifique su respuesta

Bibliografía

http://www.telecable.es/personales/albatros1/calor/transferencia_de_calor_07_i

[2]http://petracontrol.com/webayd/images/pdf/rotametros.pdf [3]http://www.fisicarecreativa.com/informes/infor_termo/termocuplas.pdf

http://www.radiadoresgallardo.cl/topintercambiaodres.pdf [5]Donald Q. Kern. Procesos de Transferencia de Calor. Compañía Editorial Mc

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Cuál de los tres ensayos fue el más eficiente. Justifique su respuesta

http://www.telecable.es/personales/albatros1/calor/transferencia_de_calor_07_i

[3]http://www.fisicarecreativa.com/informes/infor_termo/termocuplas.pdf

ñía Editorial Mc

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