Guía de PrácticasLTC MScFranciscoMartinez2022A

(1)

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

M.Sc., Ing. Francisco Martinez Periodo 2022 - A

Guía de Prácticas

Laboratorio de

Transferencia de Calor II

(2)

José Luis Palacios, PhD.

[email protected] Jefe de Laboratorio

M.Sc. Francisco Martinez [email protected] Profesor

Guía de Prácticas

Escuela Politécnica Nacional Facultad de Ingeniería Mecánica Laboratorio de Transferencia de Calor 02-2976 300 / ext. 5860 Edificio Ex - Universal

Ing. Francisco Martinez Autor

Sexta edición 2022

(3)

TABLA DE CONTENIDOS

PRESENTACIÓN ... 4

NORMAS DE USO DE LOS LABORATORIOS FIM ... 5

REGLAMENTO DEL LABORATORIO DE TRANSFERENCIA DE CALOR ... 7

PRÁCTICA 1: ANÁLISIS DE CONDUCCIÓN UNIDIMENSIONAL EN ESTADO ESTABLE (PARED COMPUESTA) ... 10

PRÁCTICA 2: SUPERFICIES EXTENDIDAS EN ESTADO ESTABLE ... 18

PRÁCTICA 3: CONVECCIÓN FORZADA ... 26

PRÁCTICA 4: INTERCAMBIADORES DE CALOR DE TUBOS CONCÉNTRICOS ... 34

PRÁCTICA 5: INTERCAMBIADOR DE CALOR DE TUBOS Y CORAZA ... 44

PRÁCTICA 6: TERMOGRAFÍA ... 56

(4)

PRESENTACIÓN

La asignatura correspondiente al Laboratorio de Transferencia de Calor tiene por objetivo desarrollar en el estudiante la capacidad de interpretar, analizar y diseñar sistemas o aplicaciones relacionados con los tres mecanismos de transferencia de calor estudiados en la teoría. Para ello, el laboratorio cuenta con 6 prácticas en donde el alumno aplica todos los conocimientos teóricos y los contrasta con la experimentación de un determinado fenómeno.

(5)

NORMAS DE USO DE LOS LABORATORIOS FIM

Los estudiantes durante las prácticas de las asignaturas deben observar las siguientes disposiciones:

a) Únicamente pueden realizar las prácticas de laboratorio los estudiantes que han tomado los créditos respectivos al inicio de cada periodo de clases.

b) Pueden ingresar al laboratorio solo en el horario establecido para la práctica.

c) Ingresar puntualmente al laboratorio. Pasado los 10 minutos del inicio de la clase NO se le permitirá ingresar al estudiante y el informe será entregado en la oficina.

d) Guardar las prendas y los objetos personales en los sitios designados para esto.

e) Utilizar el equipo de seguridad de acuerdo a la práctica que van a realizar (mandil, gafas de seguridad transparentes, guantes, entre otros).

f) El estudiante debe estar siempre atento a las indicaciones de sus docentes y comenzar el trabajo sólo con la autorización del docente a cargo del Laboratorio.

g) Mantener un buen comportamiento durante el desarrollo de la práctica. El estudiante será retirado por faltar a la disciplina o seguridad del laboratorio.

h) Cada grupo de trabajo es responsable del material y los equipos que se les asignen.

En caso de pérdida o daño, serán responsables para reponerlo.

i) Al finalizar cada sesión de práctica, el material, los equipos e instrumentos y la mesa de laboratorio deben dejarse perfectamente limpios y ordenados.

j) En caso de detectar alguna anomalía durante el funcionamiento de cualquier equipo o aparato, se avisará al responsable del laboratorio.

k) No fumar, comer o beber dentro del laboratorio.

l) No se permitirá la utilización de equipos electrónicos tales como teléfonos celulares, tablets, reproductores de música, TV portátiles, juegos electrónicos o portátiles dentro del Laboratorio.

m) Los estudiantes deben asistir obligatoria y puntualmente a los eventos de evaluación y prácticas de laboratorio en las fechas establecidas; en caso de no hacerlo, deberán presentar al profesor de la asignatura una solicitud para rendir o cumplir con dichas actividades, adjuntando los documentos justificativos debidamente certificados por la Unidad de Bienestar Estudiantil y Social, dentro de los dos días laborables siguientes a la fecha de terminación del motivo que impidió su asistencia¹.

n) La recepción de los informes será 1 semana después de haber realizado la práctica en el mismo horario del laboratorio, caso contrario posterior a la fecha tendrá una reducción del 20% del total de la nota por cada día laborable de retraso.

1 Art 61 Reglamento del Sistema de Estudios de las Carreras de Formación Profesional y de Postgrado de la Escuela Politécnica Nacional

(6)

o) La evaluación de la práctica contemplará al menos 3 criterios, los cuales son:

coloquio, informe y defensa

p) Todo aquel informe copiado parcial o totalmente será sancionado con una calificación de cero para los todos los estudiantes que se encuentren involucrados.

q) Tanto las guías como los informes de prácticas deberán utilizar de preferencia unidades del sistema internacional (S.I.).

r) Dependiendo del número de estudiantes, los informes podrán ser presentados en forma individual o por grupos a criterio del profesor de laboratorio.

Importante:

De acuerdo con el artículo 60 (Capítulo VII) del Reglamento de Régimen Académico de la Escuela Politécnica Nacional, referente a los criterios de evaluación y aprobación de asignaturas, en el caso de que las asignaturas tengan actividades de laboratorio en el componente de aplicación práctica, para la aprobación de dicha asignatura, el estudiante deberá realizar el 100% de las prácticas del laboratorio planificadas durante el periodo académico. La carrera brindará las facilidades para que el estudiante recupere el 20% de las prácticas del laboratorio; si no realiza el 100% de las prácticas del laboratorio, reprobará la asignatura.

(7)

REGLAMENTO DEL LABORATORIO DE TRANSFERENCIA DE CALOR

ACERCA DE LA CALIFICACIÓN

1. Informe 40%

2. Coloquio 40%

20%

3. Otros Informe

10%

Estructura

Redacción, Resumen Referencias

20%

Preguntas

Cálculos

Gráficas

Análisis de resultados

10% Conclusiones

Recomendaciones

Coloquio

Cuatro/Cinco preguntas Otros

Talleres, actividades prácticas, foros, etc.

(8)

ACERCA DEL HORARIO

 El horario de prácticas, planificación y cualquier notificación serán publicados en la cartelera del LABORATORIO DE TRANSFERENCIA DE CALOR, así como serán enviados mediante correo electrónico, y no existirán cambios de horario de las prácticas a menos que se trate de un motivo de fuerza mayor o disposiciones de las autoridades, lo cual será notificado con anterioridad.

 Las prácticas se iniciarán a la hora establecida en el calendario de prácticas con un margen de espera de 10 minutos, si el alumno no está presente hasta el plazo determinado no podrá rendir el coloquio respectivo, y si el atraso es mayor, no podrá realizar la práctica. El alumno debe asistir con su respectivo mandil.

 Para realizar prácticas atrasadas el alumno debe presentar una solicitud máximo 48 horas después de la falta con la respectiva justificación. Si el alumno no realiza una práctica y no justifica, tendrá una nota de cero.

 Es obligación de todos los estudiantes presentarse puntualmente en la fecha y hora indicada en el horario para la realización del coloquio y la práctica.

ACERCA DEL COLOQUIO

 Previo a la realización de la práctica, los estudiantes tienen que rendir el coloquio correspondiente.

 Para rendir el coloquio, el alumno debe traer una hoja tamaño A5 de papel bond o de cuadros.

ACERCA DE LA PRÁCTICA

 Para la realización de la práctica, cada grupo debe traer las respectivas hojas de datos. Una hoja debe ser entregada al profesor luego de finalizada la práctica al laboratorio.

 Todos los estudiantes deben asistir con mandil de manera obligatoria, aquel que no cumpla con esta disposición, NO podrá realizarla práctica.

 Desde el momento en que el grupo rinda el coloquio, éste se encuentra hábil para realizar la práctica, en ese instante el grupo queda a cargo de los equipos, instrumentos y demás aparatos necesarios para el desarrollo de la misma. Por tanto, es el ÚNICO responsable de los daños que puedan producirse en los equipos que sirven para el efecto.

 En el caso de daño del equipo, el grupo que se encuentre realizando la práctica, DEBERÁ REPONER UN EQUIPO DE IGUALES CARACTERÍSTICAS.

(9)

ACERCA DE LOS INFORMES

1. Los informes serán realizados por grupos de dos (2) estudiantes.

2. Por cada práctica realizada (inclusive las prácticas atrasadas), el grupo debe presentar un informe que debe ser entregado en la fecha publicada.

3. El informe será realizado en base al formato especificado luego de cada guía de práctica. En esta guía se detalla, después del contenido de cada práctica, los ítems que debe contener el informe. NO realizar el informe en formato IEEE.

4. El informe debe ser enviado en PDF, nombrado al archivo de la siguiente manera:

# De grupo_# de Práctica _Apellido1_Apellido2

NOMRE DEL ARCHIVO PDF  Ejemplo: GR3_P1_Andrade_Rivera.pdf al correo electrónico: [email protected], con el asunto:

LTC_# De grupo_# de Práctica _Apellido1_Apellido2

ASUNTO EN EL CORREO  Ejemplo: LTC_GR3_P1_Andrade_Rivera 5. Si no cumple estas especificaciones el Informe no será recibido.

6. En cada informe deben constar todos los ítems entregados en el formato de la práctica.

7. El plazo máximo de entrega es de una semana luego de la fecha de realizada la práctica, la hora del envío del informe digital debe ser máximo las 23:59 de la fecha señalada. En el caso de atrasos en la entrega se disminuirá el 20% de la nota por cada día.

8. Luego de enviado el informe digital, cada grupo tiene plazo máximo hasta un día después para dejar el informe impreso en físico en la oficina del laboratorio.

9. En caso de que existan dos informes iguales (o parecidos) en su estructura, los grupos infractores (el autor y los que copian), tendrán la calificación de CERO (0) puntos SIN OPCIÓN A RECLAMO ALGUNO.

(10)

PRÁCTICA 1: Análisis de Conducción Unidimensional en Estado Estable (Pared Compuesta)

1. OBJETIVOS

a. General: Obtener la conductividad térmica de un material aislante con forma de disco cilíndrico mediante el análisis experimental de la conducción unidimensional en estado estable sobre una pared compuesta.

b. Específicos

i. Evaluar las características termo-físicas de un disco cilíndrico aislante que forma parte de una pared compuesta.

ii. Comparar los valores de conductividad térmica experimental encontrados con valores de materiales similares que se encuentran tabulados

iii. Comparar experimentalmente y mediante simulación los valores de temperatura alcanzados en las zonas de contacto de la pared compuesta durante el estado estable.

2. MARCO TEÓRICO

Analogía Termoeléctrica

Transferencia de calor por conducción en una pared compuesta

Al igual que en un circuito eléctrico puramente resistivo, donde el responsable de la generación de corriente es un diferencial de potencial eléctrico (voltaje), la generación del flujo de calor en una pared compuesta se debe a una diferencia de temperatura entre sus dos extremos. La transferencia de calor en una pared compuesta puede entonces ser tratada como un arreglo de resistencias térmicas dispuestas en serie, paralelo o ambas.

Si el flujo de calor es estacionario, entonces la Ley de Fourier puede ser expresada como:

𝒒 =𝒌 𝑨

𝑳 (𝑻_𝟏− 𝑻_𝟐)

Donde k, es la conductividad térmica del material, A el área transversal de la pared (perpendicular al flujo de calor) y L es el espesor de la pared.

(11)

A continuación, se muestra un diagrama ilustrativo de ambas configuraciones, sistema térmico y sistema eléctrico.

Figura 1 Analogía Termoeléctrica de la conducción de calor en estado estable [1]

En el laboratorio se pretende estudiar la conductividad térmica de cierto material aislante mediante el análisis de la conducción unidimensional de calor en estado estable en una pared compuesta debidamente aislada por todos sus lados, para evitar la conducción radial.

Con analogía termoeléctrica se puede formar un circuito de tres resistencias en serie, Cobre – Aislante – Cobre, y mediante la potencia disipada por el elemento calefactor se puede determinar la conductividad térmica del material aislante. Por otro lado, conociendo la conductividad térmica del material se podría calcular el flujo de calor a través de la pared compuesta y de esta forma compararlo con la potencia que disipa el elemento calefactor (medición de voltaje y corriente).

(12)

Figura 2 Circuito térmico equivalente para una pared plana compuesta sometida a convección en sus dos extremos [1]

Figura 3 Ecuaciones de conducción de calor en una pared plana compuesta [1]

Conductividad Térmica

Es una propiedad física de los materiales y representa la capacidad que tienen para conducir calor. Depende de la naturaleza del material: composición química, homogeneidad y anisotropía. En general, los metales son buenos conductores de calor mientras que los gases son malos conductores de calor. La conductividad es la responsable de la sensación térmica, la misma que depende de la velocidad a la que intercambiamos energía calorífica con otro medio. Es importante recalcar que esta propiedad es dependiente también de la temperatura, como lo muestra la siguiente gráfica.

(13)

Figura 4 Conductividad térmica de varios materiales [2]

3. MATERIALES, INSUMOS Y EQUIPOS A UTILIZARSE

 Materiales

o Dos discos cilíndricos de cobre, un disco cilíndrico de material aislante o Alcohol

o Cubos de hielo (obligatorio) o hielo seco (opcional)

 Equipos

o Equipo de conducción unidimensional – Pared compuesta o Termocuplas y Termómetros Fluke

4. COMPONENTES DEL EQUIPO

Figura 5 Descripción de los componentes del equipo

(14)

5. ACTIVIDADES POR DESARROLLAR

 Tomar las medidas y datos geométricos necesarios de todos los discos.

 Obtener el historial de datos de temperatura hasta alcanzar el estado estable y tomar como referencia los últimos datos (más estables) para el análisis y los cálculos.

 Medir el voltaje y corriente suministrados al elemento calefactor.

 Realizar el análisis y cálculos solicitados en la estructura de informe.

6. INSTRUCCIONES

 Tomar medidas de los discos.

 Colocar en el orden adecuado los discos que conforman la pared compuesta, verificando que los agujeros donde se alojan las termocuplas queden alineados.

 Ubicar los termopares en los orificios de la pared compuesta, empezando por el termopar 1 desde abajo.

 Conectar las termocuplas 1 y 2 en el termómetro con dos tomas. Conectar la termocupla 3 al termómetro con una toma, alternando con la termocupla 4 para la adquisición de datos.

 Verificar en la configuración de los termómetros el tipo de termopar a utilizarse (tipo k)

 Colocar una pequeña cantidad el alcohol en el recipiente del disco de cobre superior e introducir una porción de hielo sobre el mismo. Realizar esto cada vez que sea necesario, es decir cuando el hielo se funda completamente, cerciorándose de no derramar líquido sobre o hacia el interior de los discos y el equipo.

Suministrar más alcohol de ser necesario.

 Una vez configurado lo descrito anteriormente, se activa el interruptor vertical del tablero de control moviéndolo hacia arriba. Posteriormente se enciende el elemento calefactor con el interruptor horizontal (hacia la derecha)

 El modo de control para el encendido y apagado de la resistencia será manual, por ende, el interruptor horizontal ubicado en el tablero debe ser manipulado de acuerdo al dato de la primera temperatura.

(15)

 Con un multímetro tomar medidas de voltaje y corriente cuando crea necesario.

7. REFERENCIAS

[1] F. P. Incropera y D. P. DeWitt, Fundamentals of heat and mass transfer, New Jersey:

John Wiley & Sons, Inc., 2011.

[2] M. Massoud, Engineering Thermofluids, Germany: Springer, 2005.

[3] A. Bejan, Convection Heat Transfer, Cuarta ed., New Jersey: John Wiley & Sons, Inc., 2013.

[4] Y. A. Cengel y M. A. Boles, Termodinámica, Mc Graw Hill, 2009.

[5] F. C. a. S. Group, Introducción a los principios de la termografía, Netherlands:

American Technical Publishers, Inc., 2009.

[6] FLIR, Guía de termografía para el mantenimiento predictivo, FLIR & Centro de Formación de Infrarrojos (ITC), 2011.

(16)

Ítems para el informe

PRÁCTICA N° 1

I. OBJETIVOS: (De la guía)

II. RESUMEN: (Síntesis del trabajo escrito)  ¿Qué se realizó en la práctica?,

¿cómo?, ¿qué se desarrollará en el informe?, etc.

III. MARCO TEÓRICO: (Breve y concreta síntesis teórica del sistema y/o fenómeno estudiado.)

IV. ANÁLISIS DE DATOS:

a. Cuadro de Datos y Cálculos:

 Gráfico de la evolución de temperaturas hasta alcanzar el estado estable.

 Últimos datos de todas las temperaturas cuando el sistema estabiliza

 Cálculo de la conductividad térmica para cada set de temperaturas en la estabilización

 Promedio de k

 Cálculo del flujo de calor  Potencia disipada elemento calefactor b. Trabajos

 Consultar e identificar las resistencias térmicas de contacto que posee la pared compuesta, de ser necesario incluir en los cálculos.

 CONTRASTAR el valor de conductividad térmica calculado con algunos valores referenciales tabulados del material aislante utilizado (no se precisa cálculo de errores)

 Simular la pared compuesta en un software de elementos finitos y comparar resultados de temperatura, bajo las mismas condiciones de la práctica (adiabático, conducción radial despreciable, q=cte impuesta disco inferior, T4=cte impuesta disco superior).

Determinar errores Texp vs Tsim

 Simular la pared compuesta y comparar resultados de temperatura, bajo las siguientes condiciones

 q=cte (impuesta disco inferior)

(17)

 Conducción radial despreciable, adiabático

 T4=cte (impuesta disco superior)

 T5 Tambiente=24°C

 hconv=12 W/m²K c. Elaboración de Gráficos

V. ANÁLISIS DE RESULTADOS VI. PREGUNTAS / CUESTIONARIO

 Consultar acerca de la investigación y desarrollo de nuevos materiales de construcción en base a compuestos orgánicos.

 ¿Cuáles son las propiedades y características térmicas que poseen estos materiales?

 ¿Están pensados para cumplir condiciones de confort térmico adecuadas?

 ¿Consideran aspectos para una arquitectura bioclimática sustentable?

VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES (mínimo 3 conclusiones) VIII. BIBLIOGRAFÍA

(18)

PRÁCTICA 2: Superficies extendidas en estado estable

1. OBJETIVOS

a. General: Evaluar las características termo-físicas de diferentes superficies extendidas.

b. Específicos

i. Obtener las curvas de distribución de temperatura experimentales para diferentes tipos de aletas.

ii. Evaluar el coeficiente de convección global para el sistema.

iii. Analizar y comparar los datos experimentales con los resultados obtenidos por el método de elementos finitos y los cálculos teóricos.

iv. Determinar la eficiencia de cada una de las superficies extendidas.

Transferencia de Calor en Superficies Extendidas

Se hace referencia al término superficie extendida o aleta, a un sólido que experimenta transferencia de calor por conducción dentro de sus límites y transferencia de calor por convección entre sus límites y los alrededores. Por lo general existen varios fenómenos que implican efectos combinados, principalmente, de conducción y convección.

Con frecuencia, en muchas aplicaciones se utilizan las superficies extendidas con el objetivo de aumentar la rapidez de transferencia de calor entre un sólido y un fluido adyacente.

Analizando la figura 1, al considerar una temperatura superficial Ts fija, existen dos maneras para incrementar la trasferencia de calor. Una de ellas sería aumentar el valor del coeficiente global de convección h mediante el incremento de la velocidad del fluido, y por otro lado se podría reducir la temperatura T∞ del mismo. Manipular el coeficiente h implica muchas veces la introducción de elementos que requieren cierto consumo innecesario de energía, como por ejemplo un ventilador, que a su vez está asociado con un costo adicional de un motor eléctrico en un determinado sistema; por lo que esto no resulta conveniente. Más aún, la segunda opción de reducir T∞ es a menudo poco práctica.

(19)

Figura 1 Uso de aletas para aumentar la trasferencia de calor desde una pared plana [1]

Descartando las dos opciones anteriores, se puede observar que existe una tercera variable con la que se podría incrementar la transferencia de calor. Esto se logra aumentando el área de la superficie que hace contacto con el fluido a través del cual ocurre la convección.

El empleo de aletas que se extienden desde la pared al fluido circundante permite obtener una mejora significativa en la transferencia de calor.

Otro aspecto importante sobre el análisis de las superficies extendidas es la conductividad térmica del material, ya que esta propiedad tiene un fuerte efecto sobre la distribución de temperaturas a lo largo de la aleta, es decir, que influye también en el grado al que la transferencia de calor aumenta.

Las aletas se agregan para aumentar el producto hconv A y así disminuir la resistencia térmica por convección 1/ hconv A.

Tipos de Superficies Extendidas

Las superficies extendidas varían, principalmente, según su geometría; por lo que cada una posee ecuaciones o modelos resultantes que las caracterizan y permiten su análisis.

Los arreglos superficiales más comunes son:

 Aletas rectas o longitudinales

 Aletas anulares o radiales

 Aletas de aguja o espina

La figura 2 muestra algunas de las configuraciones más comunes de aletas. Una aleta recta es cualquier superficie prolongada que se une a una pared plana [1]. Puede ser de

(20)

área de sección transversal uniforme o no uniforme si es que el área de la sección transversal varía a lo largo del eje perpendicular a la pared. Una aleta anular es aquella que se une de forma circunferencial a un cilindro, y su sección transversal puede variar con el radio desde el eje central del cilindro [1]. Una aleta de aguja, es una superficie prolongada de sección transversal circular unida a una pared, la misma que puede ser uniforme o no uniforme.

Figura 2 Configuraciones típicas de aletas. (a) Aleta recta de sección trasversal uniforme. (b) Aleta recta de sección trasversal no uniforme. (c) Aleta Anular. (d) Aleta de aguja [1]

Aplicaciones

Al hablar de las aletas o superficies extendidas se encuentra un abanico de aplicaciones domésticas, industriales, etc. donde el fin conlleva a mejorar la transferencia de calor. Se pueden observar las aletas, por ejemplo, en los lados de un transformador eléctrico o en los cabezales del motor de una cortadora de césped o una motocicleta. Algunos intercambiadores de calor poseen también ciertas configuraciones de aletas para promover transferencia de calor entre los fluidos involucrados.

Figura 3 Esquemas de intercambiadores de calor de tubos con aletas típicos [1].

(21)

Otras aplicaciones diversas incluyen superficies extendidas en procesos o máquinas tales como:

 Aparatos eléctricos o electrónicos

 Turbinas de Gas

 Procesos químicos de refrigeración y criogénicos

 Disipadores de calor para procesos residuales de calderas

 Intercambiadores de Calor

 Módulos de combustible nuclear

 Hornos para tratamientos térmicos, etc.

Figura 4 Aplicaciones de las superficies extendidas

En la selección y la configuración de aletas se debe tomar muy en cuenta consideraciones de espacio, peso, fabricación y costos.

 Materiales

o Llave hexagonal

o Guantes de alta temperatura o Toallas de cocina

 Insumos

o Pasta Térmica

(22)

 Equipos

o Equipo de Superficies Extendidas o Termocuplas

o Aletas de prueba o Computadora

Figura 5 Descripción de los componentes del equipo 1. Superficie extendida (aleta)

2. Generador de Calor

3. Circuito de acoplamiento de señal 4. Tarjeta de adquisición de datos (DAQ) 5. Interfaz Software LabView

 Obtener del programa los perfiles de temperatura experimentales para cada aleta y compararla con los perfiles obtenidos mediante simulación en un software de elementos finitos, así como con la distribución teórica.

 Tomar las medidas y datos necesarios para calcular el coeficiente de convección experimental global del sistema. Investigar información bibliográfica que determine correlaciones empíricas para el análisis de la convección natural sobre superficies. Realizar este cálculo solamente para una aleta de sección circular (cilindro). Ver anexos de información bibliográfica [3] [4] [1].

(23)

 Tomar las medidas y datos necesarios para determinar la eficiencia de cada una de las superficies extendidas. Ver anexos de información bibliográfica [1].

 Con los datos experimentales obtener un modelo matemático del perfil de temperaturas para cada una de las aletas, y calcular el flujo de calor o transferencia de calor por conducción en los 4 puntos a lo largo del eje de la superficie extendida. Valerse del equipo de medición Fluke, en caso de requerir mayor cantidad de datos de temperatura en la dirección x de la aleta.

 Tomar la aleta y colocar una fina capa de pasta térmica en la base. De esta manera se proporciona una mejor conducción de calor entre la placa del generador de calor y la base de la superficie extendida.

 Asegurar la base de la aleta a la placa fuente de calor utilizando los tornillos Allen.

Tenga cuidado de no aislar ni dañar los tornillos. Utilice la llave hexagonal para ajustar.

 Ubicar las termocuplas en los respectivos orificios de la aleta. Fije el mecanismo que sostiene a las termocuplas para asegurar que no se muevan.

 Encender el ordenador destinado al equipo, verificar que la DAQ esté conectada al puerto USB y ejecutar el programa de adquisición y control de datos de LabView.

 En la lista desplegable del programa seleccionar “Temperatura de Control”.

 Verificar que los comandos de encendido/apagado funcionen dentro del programa. Encender el interruptor principal del equipo y esperar a que las temperaturas se estabilicen.

 Registrar los datos de temperatura obtenidos en estado estable.

 Apagar los comandos de temperatura y control del programa, así como el interruptor principal. Retirar con mucha precaución la aleta. Utilizar el guante para evitar quemarse la mano.

 Esperar un par de minutos y colocar la siguiente aleta, siguiendo el mismo proceso de la anterior. Una vez fija la nueva aleta esperar 3 minutos antes de encender nuevamente los controles del programa y el interruptor.

(24)

7. RESULTADOS A OBTENER

 Realizar un análisis y evaluar todos los datos experimentales con los datos simulados y teóricos para las tres superficies extendidas. Utilizar un software basado en elementos finitos para obtener las curvas de distribución de temperatura, así como también de Excel u otro programa para el estudio de la información obtenida. Proponer gráficas comparativas.

 Detallar todo el cálculo del coeficiente de convección global del equipo, identificando claramente el procedimiento, los coeficientes y constantes utilizadas.

 Determinar las eficiencias de cada una de las aletas y analizar los resultados encontrados. Comentar las diferencias y explicar los valores obtenidos.

 Obtener de cualquier software, mediante el ajuste de una curva, la expresión para el perfil de temperatura experimental y calcular los flujos de calor por conducción en 4 puntos al largo de la aleta.

(25)

Ítems para el informe

PRÁCTICA N° 2

¿cómo?, ¿qué se desarrollará en el informe?, etc.

 Coeficiente global de convección

 Distribución de temperatura teórica

 Eficiencia de las aletas

 Transferencia de calor b. Trabajos

 En un software basado en elementos finitos obtener las curvas de distribución de temperatura para las diferentes aletas.

 Comparar los datos simulados y teóricos con los datos experimentales. (porcentaje de error)

c. Elaboración de Gráficos

 Presentar las curvas de distribución de temperaturas simulada, teórica y experimental para cada aleta.

 Elaborar en un solo gráfico las curvas de distribución de temperatura experimental para todas las aletas estudiadas.

 Identifique y explique 2 aplicaciones reales donde se pueden encontrar aletas tipo spin o aguja. ¿Cómo se fabrican este tipo de aletas?

 Consulte como determinar el espaciado y dimensiones geométricas en un arreglo de aletas anulares.

IX. ANEXOS

(26)

PRÁCTICA 3: Convección Forzada

1. OBJETIVOS

a. General: Analizar el coeficiente de convección forzada (flujo externo) alrededor de un cilindro, frente a cambios de velocidad del aire en un ducto circular.

b. Específicos

i. Determinar el coeficiente de transferencia de calor por convección experimentalmente.

ii. Obtener el coeficiente de transferencia de calor por convección teórico para analizar su comportamiento frente a cambios en la velocidad del fluido y, consecuentemente, a variaciones en la temperatura superficial del cilindro.

iii. Comparar los resultados experimentales y teóricos

Si alrededor de un sólido que posee cierta temperatura superficial (Ts > T∞) circula aire forzado mediante un ventilador, entonces se experimenta una transferencia de calor por convección, es decir, el calor es transferido al fluido que pasa a través del cilindro con flujo cruzado. Probablemente, y dependiendo de las características del material sólido y sus alrededores, se podría experimentar también una transferencia de calor por radiación.

Figura 1 Flujo cruzado (aire forzado) sobre un cilindro circular

Es conocido que una superficie bajo fenómenos de convección con un fluido forzado, alcanza temperaturas más bajas que si estuviese sometida a convección natural.

(27)

En la práctica se usa un cilindro circular horizontal como una geometría sencilla para la que se puede calcular el coeficiente transferencia de calor por convección. Dicho cilindro es una resistencia eléctrica de 100 W (24/30 Vdc) tipo cartucho recubierta de cobre, diámetro ½” y 80 mm de longitud (elemento calefactor) cuya generación de calor se produce gracias al conocido efecto Joule, que consiste en un fenómeno irreversible por el cual parte de energía eléctrica, concebida como energía cinética (movimiento de los electrones), se transforma en calor debido a las colisiones que sufren los electrones con los átomos del material conductor por el que circulan, incrementando su temperatura.

El movimiento de los electrones en un cable es desordenado; esto provoca continuos choques con los núcleos atómicos y como consecuencia una pérdida de energía cinética y un aumento de la temperatura en el propio cable.

Para evaluar el coeficiente de convección experimental es preciso conocer la potencia disipada por la resistencia eléctrica, tomando en cuenta las pérdidas que se producen por el efecto acumulado de la radiación superficial y por la conducción a través de los extremos. Para ello se considerará una pérdida del 35% de la potencia disipada.

𝑃_{𝑒𝑙𝑒𝑐} = 𝐼 𝑉 → 𝑞_𝑠 = 0.65 𝑃_{𝑒𝑙𝑒𝑐} qs= hcexp As (Ts - T∞)

El siguiente esquema muestra la ubicación de los dispositivos involucrados en un fenómeno similar al que se va a desarrollar en la práctica del laboratorio.

Figura 2 Esquema del fenómeno estudiado en un ducto rectangular (túnel de viento)

(28)

3. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO

El equipo del laboratorio consta de un ducto circular que aloja en la parte superior la resistencia eléctrica (cilindro calentador) debidamente aislada en sus extremos. En la zona intermedia del ducto se encuentra alojado un anemómetro que provee datos de la velocidad y temperatura del aire. Finalmente, en la parte inferior o entrada del ducto se encuentra un extractor multi-hélice (ventilador) que permite mantener las condiciones de aire forzado, el cual posee un estrangulador de aire para variar la velocidad del fluido.

Figura 3 Esquema del equipo del laboratorio

4. MATERIALES, INSUMOS Y EQUIPOS A UTILIZARSE o Equipo de Convección Forzada

o Cronómetro o Flexómetro, Regla o Termocupla tipo k o Termómetro Digital

(29)

 Medir las temperaturas ambiente y superficial del cilindro para diferentes velocidades de viento y diferente potencia eléctrica.

 Medir voltajes y corrientes de la resistencia eléctrica tipo cartucho.

 Seleccionar el tipo de termocupla a utilizarse en el termómetro digital y conectarla.

 Verificar que la tapa del estrangulador esté completamente abierta.

 Conectar la resistencia tipo cartucho a la fuente de voltaje.

 Girar la perilla de variación de amperaje de la fuente al máximo valor y verificar que las perillas de voltaje se encuentren en el mínimo valor.

 Conectar, encender la fuente y ajustar el voltaje de acuerdo a indicaciones del profesor.

 Esperar que el equipo se estabilice en 15 minutos aproximadamente

 Conectar el ventilador a 110 V.

 Encender el anemómetro que permite medir la velocidad y temperatura del flujo de aire.

 Cerrar la tapa del estrangulador hasta que la velocidad de flujo mostrada en el anemómetro sea de 2 m/s

 Esperar que el equipo se estabilice y luego de 4 minutos tomar los siguientes datos: Temperatura superficial del cilindro, Temperatura del aire, Voltaje e Intensidad de Corriente.

 Abrir la tapa del estrangulador hasta que el anemómetro marque 2.5 m/s. Esperar 3.5 minutos para que el equipo se estabilice y tomar datos.

 Repetir las mediciones para intervalos de 0.5 m/s hasta 7 m/s

 Realizar todo el proceso nuevamente para un valor de voltaje adicional señalado por el profesor.

 Terminada la práctica reducir el voltaje de la fuente y apagar la misma. Dejar encendido el ventilador con la tapa del estrangulador totalmente abierta para enfriar la resistencia de cartucho.

(30)

a) Calcular el coeficiente experimental de convección para cada una de las velocidades de aire impuestas con los dos voltajes de operación señalados.

b) Calcular el coeficiente de convección forzada teórico para las mismas condiciones anteriormente descritas.

REFERENCIAS

(31)

PRÁCTICA No 3

“Convección Forzada”

Grupo No: ___

Fecha de realización de la práctica: _ / _ / ____

Nombres de los integrantes (en orden Alfabético):

1. ___________________________

2. ___________________________

3. ___________________________

4. ___________________________

5. ___________________________

6. ___________________________

7. ___________________________

8. ___________________________

9. ___________________________

10. ___________________________

HOJA DE DATOS EXPERIMENTALES

Resistencia tipo cartucho

Voltaje (V) Corriente (A) Potencia (W)

Um (m/s) T∞ (°C) Ts (°C)

(32)

Resistencia tipo cartucho

Voltaje (V) Corriente (A) Potencia (W)

U (m/s) T (°C) T (°C)

Longitud cilindro (m) Diámetro cilindro (m)

(33)

Ítems para el informe

PRÁCTICA N° 3

¿cómo?, ¿qué se desarrollará en el informe?, etc.

 Cuadro de Datos

 Coeficientes experimentales de convección y gráfica de los resultados en función de la temperatura superficial del cilindro y de la velocidad del fluido.

 Coeficientes de convección teóricos y gráfica de los resultados en función de la temperatura superficial del cilindro y de la velocidad del fluido.

V. ANÁLISIS DE RESULTADOS

a. Compare y analice los resultados obtenidos del coeficiente de convección teórico y experimental.

b. Compare y analice la influencia de la temperatura superficial del cilindro en el coeficiente de convección.

c. Compare y analice la influencia de la velocidad en el coeficiente de convección.

VI. PREGUNTAS / CUESTIONARIO

 Identifique algunas características del mecanismo de transferencia de calor por Radiación.

 Como se menciona en la guía, se añade un factor de pérdidas por el efecto acumulado debido a la transferencia de calor por radiación entre las superficies, es decir, la radiación está presente, aunque no la calculemos.

Con este antecedente, y considerando a la radiación como un mecanismo de transferencia de calor adicional en el fenómeno, responda:

¿Con que temperatura superficial se lograría obtener un hr de 25 W/m²K?

¿Con qué temperatura superficial y por ende con qué velocidad del viento comenzaría a tener mayor prioridad la radiación que la convección?

Considere la emisividad del cilindro con un valor de 0.9

(34)

PRÁCTICA 4: Intercambiadores de Calor de Tubos Concéntricos

1. OBJETIVOS

a. General: Analizar y evaluar las características de un intercambiador de calor de tubos concéntricos con disposiciones de flujo en paralelo y contracorriente.

b. Específicos

i. Obtener y analizar el coeficiente global de transferencia de acuerdo con las consideraciones establecidas para el estudio de los intercambiadores concéntricos que posee el equipo.

ii. Identificar el calor transferido entre los fluidos en ambo flujos y evaluar la diferencia de temperaturas media logarítmica para cada caso.

iii. Relacionar la práctica desarrollada con el estudio de un caso de diseño.

Intercambiadores de Calor

Son dispositivos utilizados en una gran variedad de aplicaciones industriales y de ingeniería. Se encuentra en procesos en los que se requiere aumentar o disminuir la temperatura de un fluido, mediante el aprovechamiento de la energía térmica de otro. El intercambio de calor ocurre entre dos fluidos a diferentes temperaturas, separados por una pared sólida que puede tener diferentes configuraciones geométricas.

Tipos

Se puede clasificar a un intercambiador de calor de acuerdo a varios aspectos como, por ejemplo: la disposición del flujo, el tipo de construcción, geometría, etc. El más simple de los intercambiadores de calor es aquel donde el fluido frío y caliente fluyen en la misma o contraria dirección en un tubo concéntrico (doble tubo) [1]. Cuando ambos fluidos van en la misma dirección, se dice que la disposición del intercambiador es de flujo paralelo.

Cuando el fluido frío y caliente fluyen en direcciones opuestas la disposición es de contraflujo o contracorriente.

(35)

Figura 1 Intercambiador de calor de tubos concéntricos. a) Flujo Paralelo b) Contraflujo [1]

En un intercambiador de calor de flujo paralelo, la diferencia de temperatura a la entrada es distinta que al de la salida, mientras que en uno de contraflujo esta diferencia, teóricamente, permanece constante.

Figura 2 Gráficas de Temperatura a lo largo de un intercambiador de calor de tubos concéntricos

El intercambiador de calor de tubos concéntricos del laboratorio, consiste en dos tubos de diferente diámetro que van uno dentro del otro, separados en forma concéntrica, dejando entre ellos una corona circular llamada ánulo, de espesor delgado. El equipo consta de un grupo de seis pasos que permite realizar estudios de transferencia de calor entre dos fluidos a diferentes temperaturas. En el ítem 4 de componentes del equipo, se presenta un diagrama del equipo.

(36)

El tubo # 1 se utiliza siempre en serie, como tubo de paso, junto con cualquier otro tubo adicional.

El tubo # 2 tiene en su interior un tubo de cobre.

El tubo #3 tiene un su interior un tubo de Acero Inoxidable, para estudios del tipo de material, los demás son de cobre.

El tubo #5 produce flujo laminar cuando el fluido circula en sentido de la gravedad (contraflujo); y, turbulento cuando el fluido circula en sentido contrario a la gravedad (paralelo).

El tubo #6 es simple y corrugado de bronce, para evaluar convección libre hacia el aire.

El equipo posee 16 válvulas de aguja y 2 válvulas direccionales, un medidor de flujo, un tanque mezclador y un sistema de termocuplas de Cromel - Alumel tipo K. El equipo permite trabajar con agua fría y caliente, vapor y aire comprimido. Las lecturas que se realizan son en estado estacionario.

 Materiales

o Probeta graduada en ml

 Insumos

o 10-12 fundas de hielo grandes

 Equipos

o Equipo de Intercambiador de Calor de Tubos concéntricos o Calibrador pie de rey

o Cronómetro

(37)

Figura 3 Diagrama del equipo de intercambiadores de calor concéntricos del laboratorio

 Medir los flujos de los fluidos.

 Leer los valores de las temperaturas hasta que el sistema alcance el estado estacionario. En este equipo el fluido caliente debe circularse por el interior.

 Medir los diámetros externos e internos de las tuberías, así como la longitud

 Abrir y cerrar todas las válvulas.

 Seleccionar los tubos por los que circularán los fluidos y abrir las válvulas respectivas según el experimento.

 Alimentar primero el fluido frío para luego introducir el fluido caliente, y regular los flujos.

 Leer las temperaturas y medir los flujos, las veces que sean necesarias hasta tener régimen estacionario (cada 3 minutos).

(38)

 Apagar la bomba que alimenta el fluido caliente, luego la bomba que alimenta el fluido frío.

 Cambiar el sentido de los flujos, como se indicará al inicio de la práctica.

 Alimentar primero el fluido frío para luego introducir el fluido caliente, y regular los flujos.

 Leer las temperaturas y medir los flujos, las veces que sean necesarias para tener régimen estacionario (cada 3 minutos)

 Luego del experimento, drenar el equipo abriendo todas las válvulas.

 Medir los diámetros externos e internos de las tuberías, usando la matriz correspondiente. Adicionalmente, medir la longitud de los tubos

a) Considerar un factor de impureza (resistencia térmica de suciedad) de acuerdo con la bibliografía y presentar un diagrama con los cálculos de las resistencias térmicas involucradas.

b) Calcular el coeficiente global de transferencia U para cada caso.

c) Calcular las temperaturas medias de los dos fluidos en todas las secciones trabajadas y evaluar propiedades.

d) Calcular la diferencia de temperaturas media logarítmica para cada intercambiador.

e) Calcular el calor transferido entre los dos fluidos.

8. REFERENCIAS

(39)

(40)

PRÁCTICA No 4

“Intercambiadores de calor de tubos concéntricos”

Grupo No: ___

Fecha de realización de la práctica: _ / _ / ____

Nombres de los integrantes (en orden Alfabético):

11. ___________________________

12. ___________________________

13. ___________________________

14. ___________________________

15. ___________________________

16. ___________________________

17. ___________________________

18. ___________________________

19. ___________________________

20. ___________________________

21. ___________________________

22. ___________________________

HOJA DE DATOS EXPERIMENTALES

Números de Tubos de trabajo: _________ y _________

CONTRAFLUJO

Tiempo(min)

Fluido Frío Fluido Caliente

Temperatura (°C) Caudal (L/s)

Temperatura (°C) Caudal (CFM)

OT___ OT___ OT___ IT___ IT___ IT___

(41)

PARALELO

Tiempo(min)

Temperatura (°C) Caudal (L/s)

Temperatura (°C) Caudal (CFM)

OT___ OT___ OT___ IT___ IT___ IT___

Dimensiones

TUBO Diámetro Interno (mm) Diámetro Externo (mm) N.º

Tubo Longitud (m) INTERNO

EXTERNO

(42)

Ítems para el informe

PRÁCTICA N° 4

a. Cuadro de Datos y Cálculos: (Para cada caso / sección)

 Cuadro de Temperaturas, caudales y tiempo de estabilización.

 Resistencias Térmicas y Coeficiente global de transferencia U.

 Diferencia de temperaturas media logarítmica

 Calor transferido q b. Elaboración de Gráficos

 Elaborar las curvas de variación de temperatura vs tiempo para el fluido caliente y el frío tanto en la entrada como en la salida

 Bosquejo de la distribución de temperaturas para el fluido caliente y frío a lo largo del intercambiador

V. ANÁLISIS DE RESULTADOS

VI. PREGUNTAS / CUESTIONARIO

 ¿qué se concluye de “Rs”? (resistencia al ensuciamiento), ¿Influye en el coeficiente global de transferencia? ¿De qué depende este factor de impurezas?

 Teóricamente y de acuerdo al balance de energías, el calor transferido por ambos fluidos debería ser el mismo. En base a los resultados

obtenidos discuta lo anterior.

 Considerando las dimensiones de los tubos y caudales utilizados en la práctica, calcule que longitud debería tener un intercambiador de calor de tubos concéntricos si la temperatura de salida del fluido caliente requerida es de 40°C. Considere una temperatura de entrada del fluido

(43)

caliente de 80 °C y del fluido frío de 18 °C. Considere además que el intercambiador posee un aislamiento de espuma rígida de 1 ½ in de espesor. Realice el diseño para las dos disposiciones de flujo.

IX. ANEXOS

(44)

PRÁCTICA 5: Intercambiador de Calor de Tubos y Coraza

1. OBJETIVOS

a. General: Analizar y evaluar las características de un intercambiador de calor de tubos y coraza con disposiciones de flujo en paralelo y contracorriente.

b. Específicos

i. Obtener el coeficiente global de transferencia teórico y real de acuerdo a las consideraciones establecidas para el intercambiador de calor de tubos y coraza que posee el equipo.

ii. Calcular el factor de incrustación o suciedad del intercambiador de calor para analizar el estado del equipo con miras a plantear tareas de mantenimiento.

iii. Familiarizarse con el método de la efectividad – NTU y evaluar la eficiencia del intercambiador de calor.

Intercambiadores de Calor

Son dispositivos utilizados en una gran variedad de aplicaciones industriales y de ingeniería. Se encuentra en procesos en los que se requiere adicionar o disminuir la temperatura de un fluido, mediante el aprovechamiento de la energía térmica de otro. El intercambio de calor ocurre entre dos fluidos a diferentes temperaturas, separados por una pared sólida que puede tener diferentes configuraciones geométricas.

Una de las configuraciones más comunes de los intercambiadores de calor es el de tubos y coraza. Este tipo de intercambiadores puede clasificarse principalmente por el número de pasos que se realiza, tanto por los tubos como por la coraza, siendo la forma más simple un solo paso por ambos elementos. Por otro lado, la disposición de flujo también es un aspecto importante a la hora de caracterizar a un intercambiador de calor de tubos y coraza, ya que aparte de los dos flujos conocidos (paralelo y contracorriente) se puede obtener también la disposición en Flujo Cruzado.

(45)

Figura 1 Intercambiadores de calor de tubos y coraza. (a) Un paso por la coraza y dos pasos por los tubos. (b) Dos pasos por la coraza y cuatro pasos por los tubos [1].

Comúnmente este tipo de intercambiadores posee deflectores, que sirven para proporcionar un modo de operación que puede ser mixta, por ejemplo: contraflujo- cruzado; además, los deflectores se instalan para aumentar el coeficiente de convección del fluido de lado de la coraza al inducir turbulencia y la componente de la velocidad del flujo cruzado [1].

Figura 2 Intercambiador de calor de tubos y coraza con un solo paso por ambos elementos (modo de operación contraflujo cruzado) [1]

Este tipo de intercambiadores es uno de los más utilizados en aplicaciones industriales.

Figura 3 Intercambiador de calor de tubos y coraza en la Industria

(46)

3. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO

El intercambiador de calor de tubos y coraza consta de 5 tubos de cobre dentro de un cuerpo cilíndrico del mismo material que contiene deflectores transversales equidistantes a lo largo del intercambiador.

La unidad para el fluido caliente posee un tanque de almacenamiento aislado térmicamente, de una capacidad de 140 litros, con tres calentadores de inmersión de 3 kW cada uno. La temperatura de suministro del fluido caliente se controla por un termostato de ajuste manual, el cual por seguridad limita la temperatura máxima a unos 80 °C. El fluido caliente consta de un sistema de recirculación.

El fluido de enfriamiento es almacenado en el tanque respectivo, el cual baja la temperatura del fluido caliente cuando ha salido del intercambiador. La unidad para el fluido frío consta de un tanque aislado de 67 litros de capacidad que contiene un serpentín de enfriamiento en el cual puede formarse un banco de hielo. La refrigeración se obtiene con un condensador herméticamente cerrado, de una potencia de 5 kW. Dos bombas accionadas eléctricamente circulan un máximo de 1.6 litros de fluido caliente y frío. Su caudal puede ser medido en sus respectivos rotámetros.

El banco de transferencia de calor posee, además:

 4 mangueras de conexión

 2 mangueras para medir la presión

 4 tomas para la medición de temperatura

 1 manómetro

La siguiente tabla muestra las especificaciones del equipo cuya distribución se encuentra en la figura 4.

Número Cantidad Nombre del Equipo

1 1 Intercambiador de calor de tubos y coraza

2 2 Bombas

3 1 Rotámetro correspondiente al fluido caliente 4 1 Rotámetro correspondiente al fluido frío 5 1 Tanque de almacenamiento del fluido frío 6 1 Tanque de almacenamiento del fluido caliente

7 4 Mangueras de obturación propia

(47)

Figura 4 Esquema del equipo del Intercambiador de tubos y coraza del laboratorio 4. MATERIALES, INSUMOS Y EQUIPOS A UTILIZARSE

o Equipo de Intercambiador de Calor de tubos y coraza o Cronómetro

o Dos reglas

 Medir los flujos de los fluidos.

 Leer los valores de las temperaturas hasta que el sistema alcance el estado estacionario.

 Leer el ANEXO a esta práctica

 Realizar las conexiones de las mangueras de obturación propia, de acuerdo al tipo de flujo que se requiera en el intercambiador (contracorriente o paralelo).

 Encender los sistemas de calentamiento y refrigeración.

 Accionar las bombas de fluido frío y caliente simultáneamente.

 Tomar las lecturas de temperatura en los termómetros, el caudal en los rotámetros y las caídas de presión con el manómetro respectivo, cada 3 minutos; hasta que el equipo llegue al equilibrio. (Ver consideraciones)

 Apagar las bombas.

 Cambiar la configuración del sistema y repetir el procedimiento.

(48)

7. CONSIDERACIONES

 Para las mediciones de las caídas de presión, considerar al momento de cambiar las mangueras para esta medición, hacerlo primero retirando la manguera que proviene de alta de presión, para luego la de baja presión.

 Para la colocación de las mangueras para la caída de presión, la de alta presión DEBE ser ubicada a la entrada del fluido, sea por la coraza o por los tubos.

Mientras que la de baja presión estará ubicada a la salida

c) Calcular los coeficientes de convección externo (Arrays of Cylinders in Cross Flow) e interno (un solo tubo).

d) A partir del apartado anterior determinar el coeficiente global de transferencia de calor TEÓRICO.

e) Por balance de energía calcular el calor transferido por ambos fluidos.

f) Calcular la diferencia de temperaturas media logarítmica ΔTml para ambas disposiciones de flujo.

g) Mediante la ecuación extendida 𝑞 = 𝑈𝐴𝐹∆𝑇_𝑙𝑚 determinar el coeficiente global de transferencia de calor REAL

h) Identificar la resistencia o factor de ensuciamiento a través de la comparación de los dos coeficientes U calculados.

i) Calcular la caída de presión en el intercambiador.

NOTA: Todos los cálculos se realizan en base a un promedio de los 3 últimos datos de temperatura y caudal, puesto que se está analizando el estado estable. NO se precisa de cálculos para todas las temperaturas tomadas en la práctica.

(49)

9. ANEXOS

Figura 5 Diagrama de flujo del Intercambiador de tubos y coraza

(50)

Figura 6 Esquema del Intercambiador de tubos y coraza

(51)

REFERENCIAS

(52)

PRÁCTICA No 5

“Intercambiadores de calor de tubos y Coraza”

Grupo No: ___

Fecha de realización de la práctica: _ / _ / ____

Nombres de los integrantes (en orden Alfabético):

23. ___________________________

24. ___________________________

25. ___________________________

26. ___________________________

27. ___________________________

28. ___________________________

29. ___________________________

30. ___________________________

31. ___________________________

32. ___________________________

33. ___________________________

34. ___________________________

HOJA DE DATOS EXPERIMENTALES

CONTRAFLUJO

Tiempo(min)

Temperatura (°C) Q

(l/s)

Entrada Salida Entrada Salida

(53)

PARALELO

Tiempo(min)

(l/s)

Entrada Salida Entrada Salida

Especificaciones del Intercambiador

TUBOS CORAZA

Número de tubos Diámetro Interno

Material de los tubos Longitud

Arreglo Número de deflectores

Diámetro Interno Tipo de deflectores

Diámetro Externo Fluido por la coraza

Longitud Fluido por los tubos

(54)

Ítems para el informe

PRÁCTICA N° 5

 Cuadro de Temperaturas, caudales, tiempo de estabilización de ambas disposiciones de flujo  ojo promedio.

 Coeficientes de convección interno y externo.

 Coeficiente global U (teórico)  Solo para caso contracorriente

 Calor q transferido (Para ambas disposiciones de flujo)

 Diferencia de temperaturas media logarítmica (Para ambas disposiciones de flujo)

 Coeficiente global U (Real)  Solo para caso contracorriente

 Factor / Resistencia de ensuciamiento (general)

 Caída de Presión

 Eficiencia

b. Elaboración de Gráficos

 Elaborar las curvas de variación de temperatura vs tiempo para el fluido caliente y el frío tanto en la entrada como en la salida

 Bosquejo de la distribución de temperaturas para el fluido caliente y frío a lo largo del intercambiador.

 Con el valor obtenido del factor o resistencia de ensuciamiento mencione si es necesario o no realizar un mantenimiento del intercambiador. En base a esto, consulte cuales son los criterios para tomar acciones de mantenimiento preventivo y correctivo en un intercambiador.

(55)

 Identifique cuales son los requerimientos y criterios en relación a las caídas de presión máximas tolerables en los intercambiadores de calor.

Mencione características relevantes a la hora de realizar un diseño.

Nota: Dar importancia a la información bibliográfica donde se consulte.

IX. ANEXOS

Guía de PrácticasLTC MScFranciscoMartinez2022A

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA