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7/24/2019 LAB 1 - Intercambiadores de Calor (1)
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NIVERSIDAD
NACIONAL DE
INGENIERIA
Facultad de Ingeniera
Mecnica
Laboratorio N 1
INTERCAMBIADOR DE CALOR
Curo
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA
III
(MN 464 B)
!ro"eor ING. AGUILAR VIZCARRA, Duilio
Alu#no A$ellido % No#bre C&digo
HUAROTO SEVILLA Jua !"##!"$%D
&UIS'E &UIS'E Lui !"#"##$*
BORJA CORNELIO Ala !""!"6"J
+LORES SANCHEZ Ri- !"#"#"A
RODAS CERVANTES Raul !"""!%!D
2015-II
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7/24/2019 LAB 1 - Intercambiadores de Calor (1)
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INTERCAMBIADOR DE CALOR UNI-FIM
INDICE
#./ INTRODUCCION.00000000000000000000 '12. %
!./ OBJETIVOS.0000000000000000000000. '12. %
%./ +UNDAMENTO TEORICO00000000000000. '12. 4
4./ MATERIALES UTILIZADOS0000.0000000000 '12. #%
./ 'ROCEDIMIENTO000000000000000000.. '12.#%
6./ DATOS DE LA E3'ERIENCIA00 000..0000000 '12. #4
$./ CALCULOS RESULTADOS000000..0000000 '12. #
5./ OBSERVACIONES, RECOMENDACIONES 0000..... '12. !$
./ BIBLIOGRA+IA00000000000000000000.. '12. !
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA III Pg.2
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INTERCAMBIADOR DE CALOR UNI-FIM
INFORME N 1: INTERCAMBIADOR DE CALOR
1'( INTROD)CCION*
Los interca!ia"ores "e ca#or sern sie$re %no "e #os in"is$ensa!#es e&%i$os en #a
trans'erencia "e ca#or. Estos (an o!tenien"o %sos en #os sisteas "e re'rigeraci)n
coo con"ensa"ores o e*a$ora"ores+ $ero no so#o en esta rea sino ta!i,n en #as
a&%inarias $esa"as c(inas %ti#ian interca!ia"ores "e ca#or $ara en'riar e# aceite
&%e circ%#a $or e# con*erti"or+ caa / sistea (i"r%#ico.
Coo $o"eos *er #os interca!ia"ores son in"is$ensa!#es en e# rea ecnica+ es
$or eso #a rea#iaci)n "e este #a!oratorio.
En este #a!oratorio o!ser*areos e# co$ortaiento "e #os interca!ia"ores "e '#%o
$ara#e#o / "e contra '#%o+ tenien"o $resente &%e (a/ as "is$osiciones "e #os
interca!ia"ores+ rea#ian"o %n an#isis energ,tico + "e #os coe'icientes $e#ic%#ares +
e'iciencia+ NUT #os c%a#es sern necesarios en #a *i"a $ractica+ so!re to"o $ara
"isting%ir c%# "e e##os es e# s a"ec%a"o $ara %na cierta a$#icaci)n.
En conc#%si)n+ e# #a!oratorio es in"is$ensa!#e $ara to"o Ing. Mecnico+ $or&%e
sie$re encontrara en e# rea "e tra!ao %no "e estos e&%i$os en "i'erentes
"is$osiciones.
+'(OB,ETI-O.*
La $resente e0$eriencia tiene $or o!eti*o e# an#isis t,rico e0istente entre
'#%i"os 1aire / ag%a en %n interca!ia"or "e ca#or "e '#%o $ara#e#o / contra
'#%o. A"es+ se !%sca "isting%ir c%# "e e##os es s e'iciente.
Co$ren"er e# $rinci$io "e '%ncionaiento !sico "e %n interca!ia"or "e
ca#or.
E#a!orar c#c%#os $ara #%ego (acer #as c%r*as caracter3sticas "e#
interca!ia"or "e ca#or.
/'( F)NDAMENTO TEORICO*
3.1. TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA III Pg.4
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INTERCAMBIADOR DE CALOR UNI-FIM
Los interca!ia"ores nora#ente se c#asi'ican "e ac%er"o con e# arreg#o "e# '#%o
/ e# ti$o "e constr%cci)n. E# interca!ia"or "e ca#or s si$#e es a&%e# en &%e #os
'#%i"os ca#iente / 'r3o se %e*en en #a isa "irecci)n o en "irecciones o$%estas en
%na constr%cci)n "e t%!os conc,ntricos 1o "o!#e t%!o. En e# arreg#o "e '#%o $ara#e#o "e
#a 'ig%ra 5a+ #os '#%i"os ca#iente / 'r3o entran $or e# iso e0treo+ '#%/en en #a isa
"irecci)n / sa#en $or e# iso e0treo. En e# arreg#o "e contra'#%o "e #a 'ig%ra 5!+ #os
'#%i"os entran $or e0treos o$%estos+ '#%/en en "irecciones o$%estas+ / sa#en $ore0treos o$%estos.
Figura 1 Intercambiadores de calor de tubos concntricos. (Izq.) Flujo paralelo. (Der.) Contraflujo.
De anera a#ternati*a+ #os '#%i"os se $%e"en o*er en '#%o cr%a"o
1$er$en"ic%#ares entre s3+ coo se %estra e"iante #os interca!ia"ores "e ca#ort%!%#ares con a#etas / sin a#etas "e #a 'ig%ra 2. Las "os con'ig%raciones "i'ieren seg6n e#
'#%i"o &%e se %e*e so!re #os t%!os est, ec#a"o o no ec#a"o. En #a 'ig%ra 2a+ se
"ice &%e e# '#%i"o no est ec#a"o $or&%e #as a#etas i$i"en e# o*iiento en %na
"irecci)n 1y &%e es trans*ersa# a #a "irecci)n "e# '#%o $rinci$a# 1x. En este caso #a
te$erat%ra "e# '#%i"o *ar3a con x / y. Por e# contrario+ $ara e# con%nto "e t%!os sin
a#etas "e #a 'ig%ra 2!+ es $osi!#e e# o*iiento "e# '#%i"o en #a "irecci)n trans*ersa#+ &%e
en consec%encia es ec#a"o+ / #as *ariaciones "e te$erat%ra se $ro"%cen+ en
$rinci$io+ en #a "irecci)n "e# '#%o $rinci$a#. En e# interca!ia"or con a#etas+ "a"o &%e e#
'#%o "e# t%!o no es ec#a"o+ a!os '#%i"os estn sin ec#ar ientras &%e en e#
interca!ia"or sin a#etas %n '#%i"o est ec#a"o / e# otro sin ec#ar. La nat%ra#ea "e#a con"ici)n "e ec#a $%e"e in'#%ir "e anera signi'icati*a en e# '%ncionaiento "e#
interca!ia"or "e ca#or.
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA III Pg.7
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INTERCAMBIADOR DE CALOR UNI-FIM
Figura 2 Intercambiadores de calor de flujo cruzado. (Izq.) in aletas con un fluido mezclado ! el
otro sin mezclar (Der.) Con aletas ! ambos fluidos sin mezclar.
Otra con'ig%raci)n co6n es e# interca!ia"or "e ca#or "e t%!os / coraa. Las
'oras es$ec3'icas "i'ieren "e ac%er"o con e# n6ero "e $asos "e t%!os / coraa+ / #a
'ora s si$#e+ &%e i$#ica %n so#o $aso $or t%!os / coraa+ se %estra en #a 'ig%ra
4. Nora#ente se insta#an "e'#ectores $ara a%entar e# coe'iciente "e con*ecci)n "e#
'#%i"o "e# #a"o "e #a coraa a# in"%cir t%r!%#encia / %na co$onente "e #a *e#oci"a" "e
'#%o cr%a"o. En #as 'ig%ras 7a / 7! se %estran interca!ia"ores "e ca#or con
"e'#ectores con %n $aso $or #a coraa / "os $asos $or #os t%!os / con "os $asos $or #a
coraa / "os $asos $or #os t%!os / con "os $asos $or #a coraa / c%atro $asos $or #os
t%!os+ res$ecti*aente.
Figura " Intercambiador de calor de tubos ! coraza con un paso por la coraza ! un paso por los
tubos (modo de operaci#n de contraflujo cruzado).
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INTERCAMBIADOR DE CALOR UNI-FIM
Figura $ Intercambiadores de calor de tubos ! coraza. (a) %n paso por la coraza ! dos pasos por los
tubos. (b) Dos pasos por la coraza ! cuatro pasos por los tubos.
Una c#ase es$ecia# e i$ortante "e interca!ia"ores "e ca#or se %sa $ara
conseg%ir %n rea s%$er'icia# "e trans'erencia "e ca#or $or %ni"a" "e *o#%en %/
gran"e 1 9:: 2;4. Denoina"os interca!ia"ores "e ca#or co$actos+ estos
"is$ositi*os tienen co$#eos arreg#os "e t%!os con a#etas o $#acas / se %san
nora#ente c%an"o a# enos %no "e #os '#%i"os es %n gas+ / en consec%encia se
caracteria $or %n coe'iciente "e con*ecci)n $e&%e
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INTERCAMBIADOR DE CALOR UNI-FIM
3.2. ANLISIS DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR: USO DE LA DIFERENCIA DE
TEMPERATURA MEDIA LOGARTMICA.
Para "ise
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INTERCAMBIADOR DE CALOR UNI-FIM
Figura * +alances globales de energ,a para los fluidos caliente ! fr,o de un intercambiador de calor
de dos fluidos.
>in e!argo+ cooT
*ar3a con #a $osici)n en e# interca!ia"or "e ca#or+ es necesario
tra!aar con %na ec%aci)n "e '#%o "e 'ora
mTUAq =17
"on"emT es %na "i'erencia "e te$erat%ras e"ia a$ro$ia"a. La ec%aci)n 7 se
$%e"e %sar con #as ec%aciones 5 / 2 $ara ##e*ar a ca!o %n an#isis "e interca!ia"or "e
ca#or. Antes "e &%e se $%e"a rea#iar+ sin e!argo+ se "e!e esta!#ecer #a 'ora
es$ec3'ica "e
mT. Consi"ere $riero e# interca!ia"or "e ca#or "e '#%o $ara#e#o.
Intercambiador de calor de flujo paralelo
Las "istri!%ciones "e te$erat%ras ca#iente / 'r3a asocia"as con %ninterca!ia"or "e ca#or "e '#%o $ara#e#o se %estran en #a 'ig%ra 9. La "i'erencia "e
te$erat%rasT
es gran"e a# $rinci$io+ $ero "ecae r$i"aente a# a%entarx+ yse
a$ro0ia a cero "e 'ora asint)tica. Es i$ortante se
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INTERCAMBIADOR DE CALOR UNI-FIM
Figura - Distribuciones de temperatura para un intercambiador de calor de flujo paralelo.
2. La con"%cci)n a0ia# a #o #argo "e #os t%!os es insigni'icante.4. Los ca!ios "e energ3a $otencia# / cin,tica son "es$recia!#es.7. Los ca#ores es$ec3'icos "e# '#%i"o son constantes.8. E# coe'iciente g#o!a# "e trans'erencia "e ca#or es constante.
Los ca#ores es$ec3'icos $%e"en ca!iar+ $or s%$%esto+ coo res%#ta"o "e *ariaciones
"e te$erat%ra+ / e# coe'iciente g#o!a# "e trans'erencia "e ca#or ta!i,n $o"r3a
o"i'icarse "e!i"o a *ariaciones en #as $ro$ie"a"es "e# '#%i"o / con"iciones "e '#%o. >ine!argo+ en %c(as a$#icaciones ta#es *ariaciones no son signi'icati*as+ / es raona!#e
tra!aar con *a#ores $roe"io "ecp,c+ cp,h/ U$ara e# interca!ia"or "e ca#or.
A# a$#icar %n !a#ance "e energ3a a ca"a %no "e #os e#eentos "i'erencia#es "e#a 'ig%ra 9+ se sig%e &%e
hhhh,ph dTCdTcmdq = 18
/
cccc,pc dTCdTcmdq = 1=
"on"e Ch / Cc son #as ca$acitancias t,ricas "e #os '#%os ca#iente / 'r3o+res$ecti*aente. Estas e0$resiones se $%e"en integrar a #o #argo "e# interca!ia"or"e ca#or $ara o!tener #os !a#ances g#o!a#es "e energ3a "a"os $or #as ec%aciones 5! /2!. La trans'erencia "e ca#or a tra*,s "e# rea s%$er'icia# dA ta!i,n se $%e"ee0$resar coo
TdAUdq =19
"on"ech TTT =es #a "i'erencia "e te$erat%ras #oca# entre #os '#%i"os ca#iente / 'r3o.
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INTERCAMBIADOR DE CALOR UNI-FIM
Para "eterinar #a 'ora integra"a "e #a ec%aci)n 9+ coenaos $or s%stit%ir
#as ec%aciones 8 / = en #a 'ora "i'erencia# "e #a ec%aci)n 4
ch dTdT)T(d =
$ara o!tener
+=ch CC
dq)T(d11
A# s%stit%ir $ara dq"e #a ec%aci)n 9 e integrar a #o #argo "e# interca!ia"or "e ca#or+
o!teneos
+=
2
1
2
1
11dA
CCU
T
)T(d
ch
o
+=
ch CCUA
T
Tln
11
1
2
1@
A# s%stit%ir $ara Ch/ Cc"e #as ec%aciones 5! / 2!+ res$ecti*aente+ se sig%e &%e
[ ])TT()TT(q
UA
q
TT
q
TTUA
T
Tln o,co,hi,ci,h
i,co,co,hi,h =
+
=
1
2
A# reconocer &%e+ $ara e# interca!ia"or "e ca#or "e '#%o $ara#e#o "e #a 'ig%ra 9+
)TT(T i,ci,h = 1/
)TT(T o,co,h = 2+ o!teneos entonces
)T/Tln(
TTUAq
12
12
=
A# co$arar #a e0$resi)n anterior con #a ec%aci)n 7+ conc#%ios &%e #a "i'erencia "e
te$erat%ras $roe"io a$ro$ia"a es %na "i'erencia "e te$erat%ras e"ia #ogar3tica+
mlT. En consec%encia+ $o"eos escri!ir
mlTUAq =1
"on"e
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INTERCAMBIADOR DE CALOR UNI-FIM
)TTln(
TT
)T/Tln(
TTTml
12
21
12
12
=
=
15:
Rec%er"e &%e+ $ara e# interca!ia"or "e '#%o $ara#e#o+
= = o,co,h,c,h
i,ci,h,c,h
TTTTT
TTTTT
222
111
155
Intercambiador de calor de contraflujo
Las "istri!%ciones "e te$erat%ra "e #os '#%i"os ca#iente / 'r3o asocia"os con %n
interca!ia"or "e ca#or en contra'#%o se %estran en #a 'ig%ra @. En contraste con e#
interca!ia"or "e '#%o $ara#e#o+ esta con'ig%raci)n antiene trans'erencia "e ca#or
entre #as $artes s ca#ientes "e #os "os '#%i"os en %n e0treo+ as3 coo entre #as
$artes s 'r3as en e# otro.
Figura Distribuciones de temperatura para un intercambiador de calor en contraflujo.
Por esta ra)n+ e# ca!io en #a "i'erencia "e te$erat%ras+
ch TTT =+ con res$ecto a
0 no es tan gran"e en ning6n #%gar coo #o es $ara #a regi)n "e entra"a "e#
interca!ia"or en '#%o $ara#e#o. Tenga $resente &%e #a te$erat%ra "e sa#i"a "e# '#%i"o
'r3o $%e"e e0ce"er a(ora #a te$erat%ra "e sa#i"a "e# '#%i"o ca#iente.
Las ec%aciones 5! / 2! se a$#ican a c%a#&%ier interca!ia"or "e ca#or / $or
tanto se $%e"en %sar $ara e# arreg#o en contra'#%o. A"es+ "e %n an#isis coo e# &%e
se ##e*) a ca*o en $ara e# caso "e '#%o $ara#e#o+ se $%e"e ostrar &%e #as ec%aciones
/ 5: ta!i,n se a$#ican. >in e!argo+ $ara e# interca!ia"or en contra'#%o #as
"i'erencias "e te$erat%ras en #os $%ntos e0treos se "e!en "e'inir a(ora coo
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INTERCAMBIADOR DE CALOR UNI-FIM
==
i,co,h,c,h
o,ci,h,c,h
TTTTT
TTTTT
222
111
152
A"*ierta &%e+ con #as isas te$erat%ras "e entra"a / sa#i"a+ #a "i'erencia "e
te$erat%ras e"ia #ogar3tica $ara e# contra'#%o e0ce"e #a "e# '#%o $ara#e#o+
FP,mlCF,ml TT >. Por consig%iente e# rea s%$er'icia# &%e se re&%iere $ara e'ect%ar %na
trans'erencia "e ca#or esta!#eci"a qes s $e&%ein e!argo+ si s)#o se conocen
#as te$erat%ras "e entra"a+ e# %so "e# ,to"o DTML re&%iere %n $roce"iiento
iterati*o. En ta#es casos es $re'eri!#e %ti#iar %n ,to"o a#ternati*o+ &%e se "enoina
,to"o "e eficiencia-NUT.
/elaciones de eficiencia0%'
Para c%a#&%ier interca!ia"or "e ca#or se $%e"e "eostrar &%e
=
mx
mn
C
C,NUTf
154
"on"e Cmn/Cmxes ig%a# a Cc/Cho Ch/Cc+ "e$en"ien"o "e #as agnit%"es re#ati*as "e #as
ca$acitancias t,ricas "e '#%o "e# '#%i"o ca#iente / 'r3o. E# nmero de unidades de
transferencia 1NUT es %n $aretro a"iensiona# &%e se %sa a$#iaente $ara e#
an#isis "e# interca!ia"or "e ca#or / se "e'ine coo
mnC
UANUT
157
Para "eterinar %na 'ora es$ec3'ica "e #a re#aci)n "e e'iciencia+ ec%aci)n 54+
consi"ere %n interca!ia"or "e ca#or "e '#%o $ara#e#o $ara e# &%e Cmn=Ck. >e $%e"e
o!tener
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA III Pg.52
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INTERCAMBIADOR DE CALOR UNI-FIM
i,ci,h
o,hi,h
TT
TT
=
158
/ "e #as ec%aciones 5! / 2! se sig%e &%e
o,hi,h
i,co,c
c,pc
h,ph
mx
mn
TTTT
cmcm
CC
==
15=
Consi"ere a(ora #a ec%aci)n @+ &%e se $%e"e e0$resar coo
+=
mx
mn
mni,ci,h
o,co,h
C
C
C
UA
TT
TTln 1
o "e #a ec%aci)n 57
+=
mx
mn
i,ci,h
o,co,h
C
C,NUTexp
TT
TT1
#%ego "e reacoo"ar+ o!teneos $ara e# intercamiador de ca!or de f!u"o para!e!o
( )[ ]{ }( )mxmn
mxmn
C/C
C/CNUTexp
++
=1
11
159
Da"o &%e se $%e"e o!tener $recisaente e# iso res%#ta"o $ara Cmn=Cc+ #a ec%aci)n
59 se a$#ica $ara c%a#&%ier interca!ia"o "e ca#or en '#%o $ara#e#o+ sin i$ortar #a
ca$acitancia t,rica "e '#%o 3nia se asocia con e# '#%i"o ca#iente o con e# 'r3o.
Para e# caso "e# arreg#o en contraf!u"oo!ten"r3aos #a sig%iente ec%aci)n
[ ]{ }( ) [ ]{ }mxmnmxmn
mxmn
C/CNUTexpC/C
C/CNUTexp
=11
11
15@
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA III Pg.54
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INTERCAMBIADOR DE CALOR UNI-FIM
0'( MATERIALE. )TILIADO.
2 teroetros "e !%#!o
5 cronoetro
5 anoetro "i'erencia# inc#ina"o
5.- Pro!"#$#!%&o
La sec%encia a seg%ir $ara rea#iar #a e0$eriencia se %estra a contin%aci)n
5 Rea#iar #as cone0iones a"ec%a"as+ en e# interca!ia"or "e ca#or+ $ara %n
$aso "e '#%i"os en $ara#e#o.
2 Deterinar %na $osici)n tanto $ara e# ca#enta"or "e aire / e# *enti#a"or. Con
esta $osici)n se i"en tres *o#6enes "e ag%a 1con a/%"a "e %na $ro!eta$ara %n tie$o "e 4: seg%n"os ca"a %na.
4 Toar "atos "e te$erat%ra con e# ter)etro !iet#ico "e# t%!o / aire
1entra"a / sa#i"a a"es con e# ter)etro "e !%#!o+ te$erat%ras "e ag%a
a #a entra"a / #a sa#i"a.
7 Rea#iar #os $asos N 2 / 4 $ara otras $osiciones "e# ca#enta"or "e aire / e#
*enti#a"or 1c%atro $osiciones en tota#.
8 Re$etir to"os #os $asos anteriores $ara %n arreg#o "e $aso "e '#%i"os a
contra'#%o en e# interca!ia"or "e ca#or.
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA III Pg.57
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INTERCAMBIADOR DE CALOR UNI-FIM
2'( DATO. OBTENIDO. EN LA E3!ERIENCIA
Flu4o !aralelo Contra5u4oTe#$' Ingreo aire
67C8 % 46 4 4! # 6 6%Te#$' Tuboderec9o 67C8 !4 !6 !$ ! %" %% %5 4"Te#$' Tubo
i:;uierdo 67C8 Te#$' .alida aire
67C8 !6 %" %% % !$ %# %% %
To 67C8 !" !# !! !$ !% !% !% !%
T" 67C8 !4 !$ %# %4 !6 ! %% %
-1 6#l8 6/
-
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INTERCAMBIADOR DE CALOR UNI-FIM
>'(Calculo % Reultado
FLUJO PARALELO
Tenemos los siguientes datos obtenidos por la experiencia en el laboratorio:
N
Termmetro bimetlico
Termmetro
Bulbo
DiferenciaPresin (m
Agua
Agua depositada (l !lu"o agua(#g$s
Temp 1 Temp 2
Temp
%
Temp
&
Temperatura
agua
'ntrada
Aire
entrada
Tubo
alida
Tubo
salida
Aire'ntrada alida
1 %) 2& 2* 2+ 2, 2& ,-,1,1+ ,-2+ ,-2*2 ,-2*% ,-,,.*,
2 &+ 2+ 2.-* %, 21 2/ ,-,1%)/ ,-2&* ,-2&2 ,-2%* ,-,,.,2
% *& 2/ %2 %% 22 %1 ,-,1//. ,-2% ,-2%* ,-22 ,-,,/+1
& *) 2) %&-* %* 2/ %& ,-,22.+ ,-22* ,-22* ,-22 ,-,,/&&
0on los datos obtenidos pasamos a realiar los siguientes clculos
0alor Transferido por el agua
( agagagag TenTsalcpm =
(#3$s
agcp
4 &-1. 53$5g 60
!lu"o de aire:
Qa=Qag=Q
( aaagag
TsalTen!cp
m
=
acp
4 1-,,%* 53$5g 60
Calo7a89i:o
(*J;)
+lu
-
7/24/2019 LAB 1 - Intercambiadores de Calor (1)
17/32
INTERCAMBIADOR DE CALOR UNI-FIM
0oeficiente Pelicular 7
Para el Aire:
ha= Q
A1TA
Tent
TsalTent
aTenttub
Tsal
ln
(aTenttub)(aTsal tub)
T Aa=
Ai9
D# (=) L (=)A#(=!) 8Ta
>a (*J; ?C)
"."#5 #.5! ".#" .#$" ".!6!
"."#5 #.5! ".#" $.#4! ".!6
"."#5 #.5! ".#" $.55 ".%46"."#5 #.5! ".#" $.!" ".!5
Para el agua:
hag= Q
A2
TA
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA III Pg.59
-
7/24/2019 LAB 1 - Intercambiadores de Calor (1)
18/32
INTERCAMBIADOR DE CALOR UNI-FIM
hag= Q
A2T Ag
Tent
TsalTent
tubTentag
Tsal
ln
( tubTentag)( tubTsalag)
T Aag=
A2ua
D! (=)A!(=!) 8Ta2
>a2 (*J; ?C)
"."!# ".##5 !.#64 ".4
"."!# ".##5 !."$ ".54
"."!# ".##5 !.45 ".$!"."!# ".##5 #."5! #.6
0oeficiente 9lobal:
U= 1
D1 L[ 1haA1+ln(
r2
r1
)
2 KT L+
1
hagA2]
Co9@i979 Gloal U
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA III Pg.5@
-
7/24/2019 LAB 1 - Intercambiadores de Calor (1)
19/32
INTERCAMBIADOR DE CALOR UNI-FIM
* o9(;=?*
) U
%%" ".#54454
%%" ".##"5##%%
%%" ".!6%4#6!
%%" ".!"5%
0lculo de la 'ficiencia 'fecti;idad
(
(
min aga
aaa
TenTenC
TsalTenCpm"
=
E@i9ia E897ii:a:
C#!(=i) E@i9ia
"."%%
"."#"%! 65.4!
"."%%%%
"."#!$ 64.""
"."%#5#4
"."#%6% 6.6%
"."%###5
"."""$6 $.""
Clculo del Nmero de Unidades Trmicas (NUT)
min
1
C
UANUT=
NF=9o :9 Ui:a:9T=ia
#.$$!6#
#.!#$
!."!4!$
!.56"$
Nnolds
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA III Pg.5
-
7/24/2019 LAB 1 - Intercambiadores de Calor (1)
20/32
INTERCAMBIADOR DE CALOR UNI-FIM
=V DH
> D?4 D
3D
2
Temperatura de pel@cula para Aire > Agua
Tentrada+Tsalida
2
T9=9a7ua :99lula
R9ol:
T8 a2ua T8 ai9R9A2ua R9 Ai9
!! %!.#5%.#%
444"5%5.
5
!4 %5#$!.54
"45%!.
6
!6. 4%.#5$.%
$45"4.
54
%". 4$!"%.$%
6%!%"%.
5
0on los resultados obtenemos las siguientes grficas
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA III Pg.2:
-
7/24/2019 LAB 1 - Intercambiadores de Calor (1)
21/32
INTERCAMBIADOR DE CALOR UNI-FIM
%"""" %""" 4"""" 4""" """" """"
"."
".#
".#
".!
".!
".%
".%
".4
Co9@,i979 9li,ula6 :9l ai69 9 8u,i :9l F=96o :9 R9ol:
>a (*J; ?C)
Lo2a6i7>=i, (>a (*J; ?C))
NF=96o :9 R9ol:
>(*J; ?C)
#$" #$ #5" #5 #" # !"" !" !#""
".!
".4
".6
".5
#
#.!
#.4
#.6
#.5
Co9@,i979 H9li,ula :9l a2ua 9 8u,i :9l F=9o :9 R9ol:
>a2 (*J; ?C)
'oK9 (>a2 (*J; ?C))
R9
>(*J; ?C)
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA III Pg.25
-
7/24/2019 LAB 1 - Intercambiadores de Calor (1)
22/32
INTERCAMBIADOR DE CALOR UNI-FIM
#$" #5" #" !"" !#""
"."
".#
".#
".!
".!
".%
Co9@,i979 GloAal :9l a2ua 9 8u,i :9l F=9o :9 R9ol:
U
EHo97ial (U)
R9
Co9@,i979 GloAal (*
-
7/24/2019 LAB 1 - Intercambiadores de Calor (1)
23/32
INTERCAMBIADOR DE CALOR UNI-FIM
CONTRAFLUJO
e obtu;ieron los siguientes datos en el laboratorio concernientes al intercambiador de calor
operando con contraflu"o-
'oii
T9==97o i=971lioT9==97o
BuloDi899ia '9i(= A2ua)
A2ua :9oi7a:a (l)+lu
-
7/24/2019 LAB 1 - Intercambiadores de Calor (1)
24/32
INTERCAMBIADOR DE CALOR UNI-FIM
".%$ "."#4
0oeficiente Pelicular 7
Para el Aire:
ha= Q
A1TA
Tent
TsalTent
aTenttub
Tsal
ln
(aTenttub)(aTsal
tub)
T Aa=
Ai9
D# (=) L (=) A# (=!) 8Ta>a (*J; ?C)
"."#5 #.5! ".#" %.6# ".!$4
"."#5 #.5! ".#" .55! ".%!4"."#5 #.5! ".#" 4.55% ".6"6"."#5 #.5! ".#" .5$$ ".6#
Para el agua:
hag= Q
A2
Tag
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA III Pg.27
-
7/24/2019 LAB 1 - Intercambiadores de Calor (1)
25/32
INTERCAMBIADOR DE CALOR UNI-FIM
hag= Q
A2
Tag
Tent
TsalTent
tubTentag
Tsal
ln
( tubTentag)( tubTsalag)
T Aag=
A2ua
D! (=) A! (=!) 8Ta2>a2 (*J; ?C)
"."!# ".##5 !.46% ".%6"."!# ".##5 %." ".4%#"."!# ".##5 4.!6% ".6#4
"."!# ".##5 4.6$ ".654
0oeficiente 9lobal:
U= 1
D1 L[ 1haA1+ln(
r2
r1
)
2 KT L+
1
hagA2]
Co9@i979 Gloal U
* o9(;=?*) U#
%%"".#6!""
"5
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA III Pg.28
-
7/24/2019 LAB 1 - Intercambiadores de Calor (1)
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INTERCAMBIADOR DE CALOR UNI-FIM
%%"".#4$$6
!
%%"".%!%$!!
#!
%%"".%4!6
64
0lculo de la 'ficiencia 'fecti;idad
(
(
min aga
aaa
TenTenC
TsalTenCpm"
=
E@i9ia E897ii:a:
C# ! E"."%46"#
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! $#.4%"."%#"!4
5"."#4#"!
!! 66.6$"."%#5!
!!"."#4"%6
4 6$."
Clculo del Nmero de Unidades Trmicas (NUT)
min
1
C
UANUT=
NF=9o :9Ui:a:9
T=ia
!.4664$!."4!5!.4"!4!.$5%
Nnolds
=V DH
> D?4 D
3D
2
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA III Pg.2=
-
7/24/2019 LAB 1 - Intercambiadores de Calor (1)
27/32
INTERCAMBIADOR DE CALOR UNI-FIM
Temperatura de pel@cula para Aire > Agua
Tentrada+Tsalida
2
T9=9a7ua :99lula R9ol:
T8 a2ua T8 ai9 R9 A2ua R9 Ai9
!4. %4.#$5.%46
45!5#.!
66
!6 4##$#.64%
#%64#!.#
!5#
!5 4#5%.!$#
4##!.%
65
! 4.!"6.$$6
5$54.6
#4
!inalmente los grficos obtenidos con los clculos realiados se muestran a continuacin-
!"""" %"""" 4"""" """" 6"""""."""".#""
".!""
".%""
".4""
".""
".6""
".$""
Co9@,i979 H9li,ula :9l ai9 9 8u,i :9l F=9o :9 R9ol:
>a (*J; ?C)
Lo2ai7>=i, (>a (*J; ?C))
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA III Pg.29
-
7/24/2019 LAB 1 - Intercambiadores de Calor (1)
28/32
INTERCAMBIADOR DE CALOR UNI-FIM
#6#$"#$#5"#5#"#!""!"!#""."""
".#""
".!""
".%""
".4""
".""
".6""".$""
".5""
Co9@,i979 H9li,ula :9l a2ua 9 8u,i :9l F=9o :9 R9ol:
>a2 (*J; ?C)
'oK9 (>a2 (*J; ?C))
#6#$"#$#5"#5#"#!""!"!#""
"."
".#
".#
".!
".!
".%
".%
".4
Co9@,i979 Gloal :9l a2ua 9 8u,iJ :9l F=9o :9 R9ol:
U
ELHo97ial (U)
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA III Pg.2@
-
7/24/2019 LAB 1 - Intercambiadores de Calor (1)
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INTERCAMBIADOR DE CALOR UNI-FIM
#6" #$" #5" #" !"" !#""
"."#
"."#
"."!
"."!
"."%
Di899,ia :9 '9iJ 9 8u,iJ :9l NF=9o :9 R9ol: :9l a2ua
Di899,ia '9iJ (=A2ua)
ELHo97ial(Di899,ia '9iJ (=A2ua))
!.""""" !.#"""" !.!"""" !.%"""" !.4"""" !."""" !.6""""6".""
6!.""
64.""
66.""65.""
$".""
$!.""
$4.""
$6.""
$5.""
5".""
E@,i9,ia 9 8u,i :9l NF=9o :9 ui:a:9 T=i,a
E Lo2ai7>=i, (E )
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA III Pg.2
-
7/24/2019 LAB 1 - Intercambiadores de Calor (1)
30/32
INTERCAMBIADOR DE CALOR UNI-FIM
>'( Ober?acione@ reco#endacione % concluione
OB.ER-ACIONE.
/ Las cone0iones $ara conseg%ir e# $aso "e '#%i"os en '#%o $ara#e#o /
contra'#%o "e!en ser i"enti'ica"as a"ec%a"aente.
/ No es $osi!#e e"ir #a te$erat%ra a #a sa#i"a "e# t%!o 1'#%o $ara#e#o /
contra'#%o $or 'a##as en e# ara"o "e# e&%i$o.
/ >e rea#ian tres e"iciones "e *o#6enes "e ag%a $ara tener a/or
$recisi)n a #a (ora "e e'ect%ar #os c#c%#os.
RECOMENDACIONE.
/ Antes "e e$ear con #a e0$eriencia tener %n !%en conociiento so!re
e# '%ncionaiento "e# interca!ia"or "e ca#or.
/ Proc%rar &%e #as e"i"as "e te$erat%ra se registren "es$%,s "e 8in.
a$ro0ia"aente+ %na *e &%e e# sistea se (a##a esta!i#ia"o.
/ As%ir #a te$erat%ra a #a sa#i"a "e# t%!o en %n rango ace$ta!#e "e ta#
'ora &%e #os res%#ta"os sean ace$ta!#es.
/ Consi"erar #as %ni"a"es "e #as e"i"as recogi"as en e# interca!ia"or
"e ca#or / tener#os en c%enta a #a (ora "e (acer #os c#c%#os.
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA III Pg.4:
-
7/24/2019 LAB 1 - Intercambiadores de Calor (1)
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INTERCAMBIADOR DE CALOR UNI-FIM
Conclusiones
>eg6n n%estras gr'icas / "e ac%er"o con #a teor3a a$ren"i"a en e#
c%rso "e trans'erencia "e ca#or coo en e# "e ecnica "e '#%i"os+ e#
n6ero "e Re/no#"s &%e i"e #a t%r!%#encia "e %n '#%o inci"e so!re s%
ca$aci"a" $ara trasitir ca#or+ $or #o c%a# *eos &%e tanto $ara e# ag%a
coo $ara e# aire c%an"o e# n6ero "e Re/no#"s a%enta+ e# coe'iciente
$e#ic%#ar es a/or en e# '#%i"o $or #o c%a# es ca$a "e trasitir a/or
canti"a" "e ca#or. De #a isa anera *eos &%e e# coe'iciente g#o!a# "e transisi)n "e
ca#or crece "e 'ora "irectaente $ro$orciona# a# a%ento "e# n6ero
"e Re/no#"s+ es "ecir &%e e# interca!ia"or "e ca#or es ca$a "e
transitir a/or canti"a" "e ca#or si #a t%r!%#encia "e# '#%i"o es a/or.
>eg6n n%estras gr'icas / "e ac%er"o con #a teor3a a$ren"i"a "e
trans'erencia "e ca#or Notaos &%e #a e'ecti*i"a" "e# Interca!ia"or "e
ca#or es creciente en #a e"i"a &%e crece a# NUT + es "ecir &%e #a
*e#oci"a" "e tras'erencia "e ca#or es a/or $ara este interca!ia"or "e
ca#or en #a e"i"a &%e se a%enta #a s%$er'icie "e trans'erencia "e
ca#or+ #o c%a# es #)gico sa!ien"o &%e a ca"a $r%e!a &%e (eos (ec(o+
#as con"iciones "e #os '#%i"os (an ca!ia"o a# crecer s% ca%"a# /
t%r!%#encia+ #o c%a# (a a%enta"o e# U + anteni,n"ose e# rea / e# CP
constante "e #os '#%i"os.
>e (a co$ro!a"o &%e #a e'iciencia en %na insta#aci)n "e interca!io
"e ca#or "e contra'#%o es a/or &%e en #a "e %n interca!ia"oro$eran"o a '#%o $ara#e#o+ esto se $%e"e e*i"enciar $or e# (ec(o &%e #a
"i'erencia e"ia #ogar3tica $ara e# caso "e contra'#%o es a/or &%e
$ara e# '#%o $ara#e#o.
E# coe'iciente $e#ic%#ar $ara #os '#%i"os en e# caso "e# ag%a es *aria!#e
con e# n6ero "e Re/no#"s sin e!argo en e# aire 1'#%o interno
$resenta a%ento a# a%entar e# n6ero "e Re/no#"s.
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA III Pg.45
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7/24/2019 LAB 1 - Intercambiadores de Calor (1)
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INTERCAMBIADOR DE CALOR UNI-FIM
'( BIBLIORAFIA*
Maual :9 Laoa7oio :9 I29i9a M91ia III / UNI/+IM