Cambiadores De Calor En Serie.docx

Practica 4

cierta curvatura. El intercambio de energía se hace entonces por convección desde un fluido a una superficie, por conducción a través de la placa o pared y finalmente por convección desde la superficie hasta el segundo fluido.

Laboratorio de ingeniería química 2. Martínez Reséndiz Angélica CAMBIADORES DE CALOR EN SERIE. Introducción:

Objetivo

Un dispositivo cuyo principal propósito es la transferencia de energía entre dos fluidos se llama intercambiador de calor y se clasifican en tres categorías: a) Regeneradores b) Intercambiadores de tipo abierto c) Intercambiadores de tipo cerrado o recuperadores El tercer tipo de intercambiador es el que se utiliza en el que las corrientes de en el que las corrientes de fluido caliente y frío no entran en contacto directo, sino que están separadas por la pared de un tubo o por una superficie que puede ser plana o con

Calcular el menor flujo de agua de enfriamiento que se requiere para enfriar una corriente de proceso de 100 L/h desde 50°c hasta 28°c utilizando los siguientes arreglos.

1.- El arreglo de 2 cambiadores en serie de acuerdo al arreglo 1 2.- El arreglo de 2 cambiadores en serie de acuerdo al arreglo 2 3.- Un cambiador de coraza con tubos 4.- Un cambiador de placas

Resultados: Arreglo 1

Cambiador de coraza y tubos

T1 ºC 50 50 50 50 50 50

A T2 ºC 45.5 43.1 39.2 43.7 40.5 40.9

Cambiador de placas

t1 ºC

t2 ºC

LMTD ºC

T1’ ºC

34 27.2 24.2 25.5 24.1 24.3

21.9 21.8 20.9 21.1 20.5 20.8

18.5802 21.4659 21.2770 23.1391 22.3127 22.3101

43.8 42 39.9 41 41.1 39.8

B T2’ ºC 37.1 31.2 26.8 28.2 26.8 26.4

Flujos

t1’ ºC

t1’ ºC

LMTD ºC

33.2 27.2 23.7 25.3 24.1 24.3

39.2 34 29.1 30.7 29.1 28.1

4.2404 5.7708 6.1692 5.8386 6.2347 5.5890

Wc (L/h)

Wf (L/h)

100 100 100 100 100 100

100 150 200 250 300 350

Arreglo 2

Cambiador de placas

Cambiador de coraza y tubos

C

Flujos

D

T1 ºC 33 50 50

T2 ºC 31.3 29.1 28.8

t1 ºC 23.7 22.1 21.5

t2 ºC 38.3 34.7 32.7

50

25.9

20.7

50 50

25.7 24.9

20.8 20.5

LMTD #¡NUM! 10.6146 11.5897

T1’ ºC 33.4 31.9 31.1

T2’ ºC 34.6 33.9 30.8

t1’ ºC 39.1 35.6 33.4

t2’ ºC 36.8 36.2 33.1

29.8

11.0536

27.5

26.4

30.4

27.4

29.7 28.3

10.8345 10.8416

26.5 26.1

27.7 26.7

29.7 28.2

29.2 27.7

LMTD -3.9243 -2.8018 -2.2869 #¡NUM ! -2.3325 -1.5495

Wc (L/h) 100 100 100

Wf (L/h) 100 150 200

100

250

100 100

300 350

GRAFICAS Serie 1

A,B VS Wf 50 45 40 35 30

Temperatura °C

25 20 15 10 5 0 100

150

200

250

Wf (L/h) A

Serie 2

B

300

350

400

C,D vs Wf 40 35 30 25

Temperatura °C 20 15 10 5 0 100

150

200

250

300

350

400

Wf(L/h)

Wf 100 150 200 250 300 350

arreglo 1 T1¨-T2¨ 6.7 10.8 13.1 12.8 14.3 13.4

arreglo 2 T1´-T2 -1.2 -2 0.3 1.1 -1.2 -0.6

∆T vs Wf 20 15

Temperatura °c

10

corrida 1

5

corrida 2

0 100 -5

150

200

250

Wf (L/h)

300

350

400

CUESTIONARIO NO.1 1.- ¿Por qué el perfil de temperaturas B de la corriente de proceso (salidas del cambiador de placas), está siempre por abajo del perfil A (salidas del cambiador de coraza y tubos)? Debido a que el intercambiador de placas recibe el agua de un proceso previo de enfriamiento, esto quiere decir, que la corriente de entrada del intercambiador de placas tendrá una temperatura menor ya que es la corriente de salida del intercambiador de coraza y tubos. 2.- En relación con el enfriamiento de la corriente de proceso, ¿Qué interpretación física tienen las pendientes de los perfiles de temperaturas A y B? Los perfiles de temperatura tienen una pendiente negativa esto es que, el decremento en la temperatura de las corrientes A Y B son directamente proporcionales al incremento en el flujo de la corriente fría. Es decir, al aumentar el flujo de agua fría el cambio en la temperatura de las corrientes es mayor 3.- Proponga tres nombres para dar significado a las pendientes de los perfiles de temperaturas. Capacidad de transferencia de calor, transferencia de calo y capacidad de transferencia de enfriamiento. 4.- ¿Por qué razón a cualquier incremento de flujo de agua fría, la corriente de proceso se enfría más en un cambiador que en otro? Debido a que el área de contacto de las corrientes se ve reducida en el cambiador de tubos y coraza, ya que su geometría y diseño permiten una menor área de contacto entre ambas corrientes, la fría y la caliente. 5.-

¿Que interpretación física tiene la diferencia de temperatura media logarítmica en el cambiador de coraza y tubos y en el cambiador de placas? El DTML indica el impulso de transferencia de calor en un sistema de flujo

6.- ¿Porqué, a pesar de que la DTML en el cambiador de coraza y tubos es mayor que la DTML en el cambiador de placas, las pendientes del perfil de enfriamiento A, son menores que las del perfil B? Debido a que está relación relaciona temperaturas y no considera variables de diseño, como lo son U y A 7.- ¿Qué flujo de agua de enfriamiento debe utilizarse para enfriar la corriente de proceso?  Arreglo 1: 300l/h  Coraza y tubos: Tendría que ser un flujo mayor de los que trabajamos en esta práctica 8.- ¿Con este resultado se resuelve el problema planteado? No, puesto que es necesario tomar en cuenta el siguiente arreglo y el otro intercambiador, para tener un panorama más completo y poder dar una respuesta más acertada.

CUESTIONARIO NO. 2 1.- ¿Encuentra alguna diferencia significativa entre las pendientes de los perfiles de las temperaturas de enfriamiento A y D del cambiador de coraza y tubos? Explique porqué.

Si, ya que se trata de los flujos de los intercambiadores, como si operaran exclusivamente uno de ellos, y ya que en el de placa hay una mayor transferencia de calor, la pendiente de este flujo es más pronunciada. 2.- ¿Encuentra alguna diferencia significativa entre las pendientes de los perfiles de las temperaturas de enfriamiento B y C del cambiador placas? Explique porqué. Sí, pero estás tienen un cambio que pareciera que tienden a alcanzar un punto en donde tendrán el mismo comportamiento, esto es por la eficiencia de la transferencia de calor de los equipos, que a cierto flujo crean una diferencia en las temperaturas de salida, pero llega un punto en el flujo de la corriente fría en el que tienen el mismo comportamiento. 3.- ¿Cuál es la razón de que los valores de las diferencias de temperaturas (T1’- T2’) Vs. Wf del segundo arreglo construido en la gráfica 3, sea negativo? Esto es porque el intercambiador de placas fue muy eficiente, lo que hizo que las corrientes de salida invirtieran su magnitud de temperaturas. 4.- ¿Cómo afectan los valores negativos de las diferencias de temperaturas (T1’- T2’) a la corriente de proceso en el cambiador de coraza y tubos del segundo arreglo? Las corriente cambian de papeles, ahora la corriente caliente se convierte en la corriente fría y la corriente fría en la corriente caliente. 5.- ¿Qué característica es la que distingue a un cambiador de otro de acuerdo a la gráfica 3? El arreglo 2 parte de una diferencia de temperaturas negativa hacia uno positivo, esto no es deseable ya que lo que queremos hacer es enfriar la corriente caliente y no calentarla. Y en el arreglo uno se parte de una diferencia de temperaturas positiva y así continua en el aumento del flujo. 6.- ¿Cómo es la magnitud de esta característica cuando se compara la del cambiador de placas contra la del cambiador de coraza y tubos? El cambiador de placas es mayor que el de coraza y tubos 7.- Especifique las variables de diseño que definen a esta característica distintiva al comparar los perfiles de temperatura C y D. Área de contacto y coeficiente global de transferencia de calor 8.- Considerando las variables de la característica distintiva entre los cambiadores explique qué contribución tiene el cambiador de coraza y tubos en el arreglo 1 y en el arreglo 2. Su contribución es importante en el primer arreglo, sin embargo, en el tercer arreglo la contribución de este equipo resulta desfavorable para el sistema. 9.- ¿Se necesita experimentar por separado los cambiadores de calor? Explique porqué. No, porque en el primer arreglo se obtienen las temperaturas del intercambiador de coraza y tubo como si estuviera operando solo, ya que no hay equipo que intervenga en su operación. De manera similar ocurre para el intercambiador de placas en el segundo equipo. 10.- Con base en el análisis que se ha desarrollado, ¿Podría concluir que en cualquier arreglo de cambiadores de calor (serie o paralelo) obtendría los mismos resultados? Explique porqué. No, puesto que, en mi conocimiento, no conozco el comportamiento de un equipo operando en paralelo.

Lh 11.- ¿Cuál es el menor flujo de agua de enfriamiento en

para enfriar de 50 a 28ºC una

Lh corriente de proceso de 100 utilizando como medio de enfriamiento agua a temperatura ambiente? L/h para el segundo arreglo. Conclusiones: El conocimiento de los arreglos y esquipo que se utilizaran, en un sistema de transferencia de calor, ya sea para calentar o enfriar una corriente, son fundamentales y necesarios para conocer la mejor respuesta, para lograr el objetivo deseado que el menor gasto de recursos y evitar la inversión innecesaria en equipo que puede que solo estorbe el resultado de lo que se desea obtener.