Práctica 1. intercambiador tubos concéntricos. cálculo paralelo

DATOS EXPERIMENTALES

Tabla 1. Datos experimentales en estado estacionario para flujo en paralelo

Tiempo
Temperatura Fluido Frío (°C)
Flujo Frío
Temperatura Fluido Caliente (°C)
Flujo Caliente
(min)
OT6
OT4
OT1
(mL/s)
IT7
IT8
IT11
(mL/s)
27
20,10
17,90
15,20
132,52
44,60
41,00
32,80
98,94

Tabla 2. Dimensiones de las tuberías
TUBO
Largo (m)
Diámetro Interno (mm)
Diámetro Externo (mm)
INTERNO
1
14,00
16,00
EXTERNO
1
25,600
28,50

Tabla 3. Temperatura de saturación del agua a la presión atmosférica
Te (ºC)
P (atm)
90,24
0,72
(Keenan y Keyes, 1936, p. 9)




RESULTADOS:

Tabla 4. Temperatura media y evaluación de propiedades para el Tubo 1 (Cobre), y flujo en paralelo
Flujo
Tm
k
ρ (kg/m³)
cp (J/kg.K)
µ×10 (kg/m.s)
Pr

K
(W/m.K)




Frío
292,0
0,595
998,60
4184,00
10,47
7,36
Caliente
309,9
0,680
993,03
4174,04
6,97
4,61
(Mills, 1995, p.874)

Tabla 5. Temperatura media y evaluación de propiedades para el Tubo 3 (Acero Inoxidable) y flujo en paralelo
Flujo
Tm
k
ρ (kg/m³)
cp (J/kg.K)
µ×10 (kg/m.s)
Pr

K
(W/m.K)




Frío
289,55
0,590
999,09
4190,18
11,14
8,64
Caliente
315,8
0,636
990,68
4174,00
6,31
4,14
(Mills, 1995, p.874)

Tabla 6. Calor transferido entre los dos fluidos, diferencia media logarítmica y coeficiente global de transferencia (de operación) en las diferentes secciones. Flujo en paralelo
Q (W)
Qm (W)
LMTD (K)
U (W/m2K)
Tubo 1
Frío
1218,12
2290,55
17,38
2621,23

Caliente
3362,98



Tubo 3
Frío
1497,90
1485,41
26,12
1131,22

Caliente
1472,92








Tabla 7. Coeficientes peliculares y coeficiente global de transferencia (de diseño) en las diferentes secciones. Flujo en paralelo
hic (W/m2K)
he (W/m2K)
U (W/m2K)
Tubo 1
2761,26
4448,18
1703,68
Tubo 3
2714,65
4277,41
1660,69



Tabla 8. Resistencia Térmica de los tubos. Flujo en paralelo
Tubo
Resistencia Térmica (K/W)
1
5.30E-05
3
1.42E-03

Tabla 9. Resistencia al ensuciamiento para cada tubo. Flujo en paralelo
Tubo
Rd (Km2/W)
1
-2,05E-04
3
2,82E-04


DISCUSIÓN DE RESULTADOS
De los resultados expuestos en las tablas 6 y 7 se puede comparar los valores del coeficiente global de transferencia de calor, y de su diferencia se pudieron determinar la resistencia al ensuciamiento para cada tubo con flujo en paralelo, resultados que se exponen en la tabla 9. De esto se puede apreciar que en el caso del tubo de cobre (tubo 1), el coeficiente global de transferencia de calor de diseño, es decir determinado a partir de los coeficientes peliculares, es inferior que el coeficiente correspondiente a las condiciones de operación. En consecuencia, en este caso, resultó una resistencia al ensuciamiento de magnitud negativa. Esto posiblemente debido a una inconsistencia en las mediciones de la temperatura ya que justamente para este caso, el calor intercambiado por el fluido frío resulta muy diferente en magnitud al intercambiado por el fluido caliente, tal como se muestra en la tabla 6.
Por otro lado, en el caso del tubo 3 con flujo en paralelo, la resistencia al ensuciamiento obtenida de la comparación de los respectivos coeficientes globales de transferencia de calor, tuvo un valor positivo y bajo que se presenta en la tabla 9. Esto permite que el intercambiador continúe funcionando manteniendo sus características operativas aún con un grado de suciedad.
De la tabla 8 se puede concluir que las resistencias térmicas de los tubos tanto de cobre como de acero inoxidable son prácticamente despreciables y ello justifica el haber determinado los coeficientes globales únicamente considerando los valores de los coeficientes peliculares presentados en la tabla 7.







Bibliografía:
Keenan y Keyes. (1936). Thermodynamic Properties of Stem. New York, USA: John Wiley & Sons.
Mills, A. (1995). Transferencia de Calor: Líquidos dieléctricos: propiedades térmicas. EE. UU: McGraw-Hill/Irwin.