TECNOLOGIA DE LA ENERGIA TERMICA

(1)

Tecnología de la Energía Térmica 1

TECNOLOGIA DE LA

ENERGIA TERMICA

DOBLE TUBO

(2)

DOBLE TUBO

1. Objetivos

2. Alcance

3. Desarrollo

• Geometría

• Cálculo de coeficientes peliculares • Verificación del equipo

(3)

DOBLE TUBO

-•

Conocer uno de los equipos de transferencia de calor más sencillos

• Conocer los criterios de asignación de fluidos

• Empleo de correlaciones para cálculo de coeficientes peliculares

• Empleo de la ecuación de diseño como herramienta de verificación

• Cálculo de pérdida de carga

(4)

DOBLE TUBO

-•

Aspectos constructivos principales

• Verificación térmica

• Verificación Hidráulica

(5)

DOBLE TUBO

-Geometría

DESARROLLO

Videos

(6)

DOBLE TUBO

-Geometría

(7)

DOBLE TUBO

-Cálculo de coeficientes peliculares

DESARROLLO

Lado interno: Coeficiente pelicular interno (h

_i

)

Tubo

Lado externo: Coeficiente pelicular externo (h

_o

)

Ánulo

Uso de correlaciones

(8)

DOBLE TUBO

-Cálculo de coeficientes peliculares

DESARROLLO

Criterios de asignación de fluidos

• Velocidades recomendadas

• Corrosión

• Suciedad

• Presión

• Toxicidad – Inflamabilidad

(9)

DOBLE TUBO

-Cálculo de coeficientes peliculares

DESARROLLO

Criterios de asignación de fluidos – Velocidades recomendadas

(10)

DOBLE TUBO

-Cálculo de coeficientes peliculares

DESARROLLO

Dependencia del régimen

µ

π

ω

µ

π

ρ

µ

ρ

G

d

Q

d

v

⋅

=

⋅

=

⋅

=

⋅

>

<

⋅

=

4

4 Re

Transición: Zona inestable. Las correlaciones presentan desviaciones importantes. En lo posible, evitar el diseño en este régimen.

Laminar Re < 2100

Transición 2100 < Re < 10.000

(11)

DOBLE TUBO

-Cálculo de coeficientes peliculares

DESARROLLO

Coeficiente pelicular interno – Régimen Laminar

Correlación Sieder-Tate para régimen laminar

φ

⋅













⋅

=

3 / 1

Pr

Re

86 .

1 L

d

Nu

k

Cp

⋅

µ

=

Pr

k

d

h

Nu

=

⋅

14 . 0













=

w

µ

φ

• Válida para fluidos orgánicos, soluciones acuosas, gases.

• Propiedades evaluadas a Temperatura media aritmética entre la entrada y salida del equipo (a excepción de µ_w).

(12)

DOBLE TUBO

-Cálculo de coeficientes peliculares

DESARROLLO

Coeficiente pelicular interno – Régimen Turbulento

Correlación Sieder-Tate para régimen turbulento

φ

⋅

=

0.8 1/3

Pr

Re

027 .

0 Nu

k

Cp

⋅

µ

=

Pr

d

h

Nu

=

⋅

14 . 0













=

w

(13)

DOBLE TUBO

-Cálculo de coeficientes peliculares

DESARROLLO

Coeficiente pelicular interno – Agua

(

+

⋅

)

⋅

φ

⋅

=

1423

1

0 .

0146

0₀._.8₂

d

v

t

h

14 . 0













=

w

µ

φ

• Válida para agua.

• t [ºC] entre 5 ºC y 95 ºC • v [m/s] entre 0,3 m/s y 3 m/s • d [m] entre 0,01 m y 0,05 m • h [W/m2_K]

(14)

DOBLE TUBO

-Cálculo de coeficientes peliculares

DESARROLLO

Coeficiente pelicular externo – Régimen Laminar

Correlación Sieder-Tate para régimen laminar

φ

⋅













⋅

=

3 / 1

Pr

Re

86 .

1 L

d

Nu

k

Cp

⋅

µ

=

Pr

d

h

Nu

=

⋅

(15)

DOBLE TUBO

-Cálculo de coeficientes peliculares

DESARROLLO

Coeficiente pelicular externo – Régimen Turbulento

Correlación Sieder-Tate para régimen turbulento

φ

⋅

=

0.8 1/3

Pr

Re

027 .

0 Nu

k

Cp

⋅

µ

=

Pr

k

d

h

Nu

=

⋅

14 . 0













=

w

µ

φ

• Válida para fluidos orgánicos, soluciones acuosas, gases.

(16)

DOBLE TUBO

-Cálculo de coeficientes peliculares

DESARROLLO

Coeficiente pelicular externo – Agua

(

+

⋅

)

⋅

φ

⋅

=

1423

1

0 .

0146

0₀._.8₂

d

v

t

h

14 . 0













=

w

µ

φ

• Válida para agua.

• t [ºC] entre 5 ºC y 95 ºC • v [m/s] entre 0,3 m/s y 3 m/s • d [m] entre 0,01 m y 0,05 m

(17)

DOBLE TUBO

-Cálculo de coeficientes peliculares

DESARROLLO

Cálculo de Temperatura de pared

( ) ( )

T

t

h

t

h

_io

⋅

−

_w

=

_o

⋅

_w

−

h

_o

⋅

( )

T

−

t

_w

=

h

_io

⋅

( )

t

_w

−

t

(18)

DOBLE TUBO

-Cálculo de coeficientes peliculares

DESARROLLO

(19)

DOBLE TUBO

-Cálculo de coeficientes peliculares

DESARROLLO

Coeficiente pelicular para convección mixta

• Diámetro del tubo

• Densidad

• Coeficiente de expansión térmica • Gravedad

• Conductividad térmica • Viscosidad

• Diferencia de temperaturas

• Propiedades a temperatura de film

2 3 2

)

.(

.

µ

ρ

β

d

T

t

w

g

Gr

=

−

T

v

dT

dv

v

∆

=

1

1 β

2 T

t

Tf

=

w

+

1 Pr

01 .

0 < ⋅ <

L d

L d Gz =Re.Pr.

(20)

DOBLE TUBO

(21)

DOBLE TUBO

-Verificación del equipo

DESARROLLO

Uso de la Ecuación de Diseño

ML C

C

A

T

U

Q

=

⋅

∆

Q

=

U

_D

⋅

A

_D

⋅

∆

T

_ML

Despeje Despeje

Comparo contra A_A

A_C A_D

NO SI

(22)

DOBLE TUBO

-Verificación del equipo

DESARROLLO

Sobredimensionamiento

100 %

=

−

⋅

C C A

C

A

OS

En función de A_C En función de A_D

100 %

=

−

⋅

D D A

D

A

OS

• Refleja qué tan “grande” es realmente el equipo respecto de lo que se requiere

(23)

DOBLE TUBO

-Pérdida de carga

DESARROLLO

Pérdida de carga en tubos

(

)

1

2

4

2

−

⋅









Σ

+

⋅

=

∆

t t h t t

K

d

L

N

f

G

P

φ

ρ

Σ

K

=

0

Régimen laminar 25 . 0













=

w

µ

φ

14 . 0













=

w

µ

φ

Re

16 =

f

32 . 0

Re

125 .

0 0014

.

0 +

=

f

₀_.₄₂

Re

264 .

0 0035

.

0 +

=

f

Régimen turbulento

(24)

DOBLE TUBO

-Pérdida de carga

DESARROLLO

Pérdida de carga en anulo

(

)

1

2

4

2

−

⋅









Σ

+

⋅

=

∆

t t h a a

K

d

L

N

f

G

P

φ

ρ

Σ

K

=

N

h

Régimen laminar 25 . 0













=

w

µ

φ

14 . 0













=

w

µ

φ

Régimen turbulento o i

h

D

d

hidraulico

Perimetro

Af

deq

=

⋅

=

−

(25)

DOBLE TUBO

-Pérdida de carga

DESARROLLO

Arreglo Serie – Paralelo

• Arreglo empleado para disminuir el ∆P excedido de uno de los dos fluidos • Variables afectadas (ventaja): ω, G, Re, f, N_h, ΣK gran disminución del ∆P

(26)

DOBLE TUBO

-Aplicaciones – Ventajas – Desventajas

DESARROLLO

• Aplicaciones en las que el proceso requiera áreas de intercambio del orden de los 10-15 m2

• Bajos caudales

• Empleado cuando quiere lograrse flujo cocorriente o contracorriente puro

• Fácil construcción • Bajo costo

• Máxima longitud usual de 6 metros. A mayor longitud el tubo flexiona y se distorsiona el área anular originando una mala distribución del fluido anular

(27)

DOBLE TUBO

-Aplicaciones

DESARROLLO

Multitubo

• Cuando se requiere mayor área de transferencia

• Cuando se requiere mayor área de flujo para el fluido de tubos • Construcción aun más compleja

Doble tubo aletado

• Cuando se requiere mayor área de transferencia

(28)

(29)

FIN