Josafath Ventura Rafael, Nm. Cuenta: 308106318. PRCTICA 6: CAMBIADORES DE CALOR EN SERIE

PROBLEMACul es el menor flujo de agua de enfriamiento que se requiere para enfriar una corriente de proceso de 100 L/h desde 50 C hasta 28C.Usa las cuatro alternativas en el orden siguiente, ser preponderante el ahorro de agua de enfriamiento.1.- El arreglo de 2 cambiadores en serie de acuerdo al arreglo 12.- El arreglo de 2 cambiadores en serie de acuerdo al arreglo 23.- Un cambiador de coraza con tubos4.- Un cambiador de placas

I.- Llevar a cabo la experimentacin utilizando el arreglo 1 y vierta sus resultados en la siguiente tabla.Arreglo 1

II.- Trazar en una misma grfica los perfiles de las temperaturas A y B Vs. Wf de las corrientes de proceso. (Grfica 1)

III.- Contine la experimentacin utilizando el arreglo 2 y vierta sus resultados en las tablas

ARREGLO 2

IV.- Incorpore en la grfica 1 los perfiles de las temperaturas C y D Vs. Wf del arreglo 2. (Grfica 2)

V.- Trazar en una misma grfica las diferencias de las temperaturas (T1 T2) Vs. Wf del arreglo 1 y (T1 T2) Vs. Wf del arreglo 2. (Grfica 3)

Datos experimentales

Cambiador de coraza y tubosCambiador de placasFlujos

T1 (C) T2 (C)t1 (C)t2 (C)LMTD (C)T1' (C)T2' (C)t1' (C)t2' (C)LMTD (C)Wc (L/h)Wf (L/h)

5043,324,733,35,60880742,736,933,539,44,756893100100

5042,123,730,15,375415441,633,730,436,45,281378100150

5042,323,329,25,210588642,333,229,735,95,608807100200

5042,523,128,75,09210054333,629,735,85,655201100250

5040,522,9275,210588639,729,727,231,45,351943100300

Tabla 1: Datos calculados para el arreglo 1

Cambiador placasCambiador de coraza y tubosFlujos

T1 (C)C T2 (C)t1 (C)t2 (C)LMTD (C)T1' (C)D T2' (C)t1' (C)t2' (C)LMTD (C)Wc (L/h)Wf (L/h)

5033,424,939,99,151046135,435,740,438,8#NUM!100100

5031,424,237,79,253771233,834,437,537,5#NUM!100150

5030,123,735,29,109878233,233,235,235,2#NUM!100200

5029,123,233,39,027407323133,233,46,581778100250

5028,523,131,98,882640832,731,431,732,13,20375100300

Tabla 2: Datos calculados para el arreglo 2

Arreglo 1Arreglo 2

T1' (C)B T2' (C)T1'-T2'T1' (C)D T2' (C)T1'-T2'Wf (L/h)

42,736,95,835,435,7-0,3100

41,633,77,933,834,4-0,6150

42,333,29,133,233,20200

4333,69,432311250

39,729,71032,731,41,3300

FlujosArreglo 3 (Cambiador de placas)

Wc (L/h)Wf (L/h)T1 (C)T2 (C)t1 (C)t2 (C)LMTD (C)

1001005032,724,838,79,0686652

1001505031,424,337,69,2127143

1002005032,624,839,19,1716133

1002505029,523,539,910,226673

1003005028,523,232,28,9240606

Tabla 3: Datos calculados Arreglo de placas

FlujosArreglo 4 (Cambiador de tubos y coraza)

Wc (L/h)Wf (L/h)T1 (C)T2 (C)t1 (C)t2 (C)LMTD (C)

1001005040,223,335,47,0954462

1001505038,622,3326,9196821

1002005037,121,629,16,764969

1002505036,321,327,16,5647405

1003005036,321,127,16,6093662

1003505034,820,726,16,8092621

Tabla 4: Datos calculados Arreglo de tubos y coraza

GRFICAS

Grafica 1: A Y B (T2 y T2) VS Flujo de agua fra (Arreglo 1)

Grafica 2: C Y D (T2 y T2) VS Flujo de agua fra (arreglo 2)

Grafica 3: temperaturas (T1 T2) vs. Wf arreglo 1 y (T1 T2) Vs. Wf arreglo 2.

Grfica 4: Comparacin de arreglos

CUESTIONARIOCuestionario 1

1.- Porqu el perfil de temperaturas B de la corriente de proceso (salidas del cambiador de placas), est siempre por abajo del perfil A (salidas del cambiador de coraza y tubos)?Porque el agua caliente (T) primero entra por el cambiador de Tubos y Coraza; al entrar comienza a enfriarse inmediatamente (y entre mayor sea el flujo de agua fra (Wf) ms rpido se enfriar) despus pasa el cambiador de placas, aqu el agua caliente entra ms fra que como entro en el cambiador de tubos y coraza pues ya se enfro en el primero; despus dentro del cambiador de placas nuevamente se somete para ser enfriado y finalmente sale con una menor temperatura.

2.- En relacin con el enfriamiento de la corriente de proceso, Qu interpretacin fsica tienen las pendientes de los perfiles de temperaturas A y B?Como se aprecia en las grficas son pendientes negativas, lo que nos indica que a medida que aumentamos el flujo de agua fra la temperatura desciende ms. Podemos interpretar que realmente se est dando un intercambio de calor pues se logra que la temperatura del agua caliente se enfri y viceversa con la otra corriente.

3.- Proponga tres nombres para dar significado a las pendientes de los perfiles de temperaturas.a) Capacidad de enfriamientob) Cantidad de calor transferidoc) Decremento de temperaturas.

4.- Por qu razn a cualquier incremento de flujo de agua fra, la corriente de proceso se enfra ms en un cambiador que en otro?Si se incremente el flujo de agua fra la corriente de proceso se enfra ms en ambos intercambiadores; sin embargo, podemos notar tanto en tablas como en grficas que enfra an ms en el cambiador de placas; es decir, es ms efectivo. El cambiador de placas es ms efectivo debido a que tiene mayor rea de transferencia, pues el espacio entre una placa y otra es pequea y en todo momento se tiene en contacto toda el rea de una placa con otra; en cambio en el cambiador de tubos y coraza el contacto es diferente pues el agua cercana a los tubos se ve ms influenciado por el intercambio y la que est ms alejada no tanto y al existir movimiento constante se mezcla y se llega a un equilibrio haciendo menos efectiva la transferencia de calor.

Como vemos en la ecuacin al aumentar el rea aumenta la transferencia de calor por lo tanto se enfra ms la corriente de proceso.

5.- Que interpretacin fsica tiene la diferencia de temperatura media logartmica en el cambiador de coraza y tubos y en el cambiador de placas?La LMTD es un gradiente de temperaturas que propicia la transferencia de calor en ambos intercambiadores, entre mayor sea su valor significa que la transferencia de calor ser ms favorecida y viceversa.

6.- Porqu, 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?

Porque la LMTD nos indica cmo se favorece la transferencia de calor; sin embargo, no determina la capacidad de enfriamiento. Los que propician la transferencia de calor son: el coeficiente global de transferencia de calor y el rea debido a que ambas son variables diseo. La LMTD es una variable operativa.

7.- Qu flujo de agua de enfriamiento debe utilizarse para enfriar la corriente de proceso?El flujo ms ptimo es el de 300 L/h pues la corriente de proceso sale a una temperatura de 31.4C; es dnde se enfra ms y es mucha la diferencia a comparacin de la temperatura que se obtiene con los otros flujos.

8.- Con este resultado se resuelve el problema planteado?No pues el problema nos dice que debe enfriarse a 28C y con este arreglo se enfra hasta 31C

Cuestionario 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 por qu.S hay gran diferencia lo podemos notar en las pendientes el perfil de A (Arreglo 1) son menores que las de D (Arreglo 2). Esto nos indica que el arreglo 2 tiene mayor capacidad de enfriamiento; es decir, las variables de diseo son menores en los perfiles de A (Arreglo 1) que en el perfil D (Arreglo 2).

2.- Encuentra alguna diferencia significativa entre las pendientes de los perfiles de las temperaturas de enfriamiento B y C del cambiador placas? Explique por qu.No mucha pues sus pendientes son muy semejantes, lo que nos indica el intercambiador de tubos y coraza no interviene para que el intercambiador de placas haga bien su funcin de enfriar. Tambin se puede ver en la grfica pues los perfiles de B y C estn muy juntos uno de otro a pesar de pertenecen a diferentes arreglos; sin embargo C (Arreglo 2) tiene mayor capacidad de enfriamiento pues la lnea est un poco ms abajo y esto se debe a que el intercambiador de placas est primero que el intercambiador de tubos y coraza.

3.- Cul es la razn de que los valores de las diferencias de temperaturas (T1- T2) Vs. Wf del segundo arreglo construido en la grfica 3, sea negativo?Esto nos indica que se invierten las corrientes; es decir, la corriente caliente empieza a actuar como agente de enfriamiento, y la corriente fra cede calor. La transferencia de calor en el arreglo 2 es ms grande que en el arreglo 1 provocando la inversin de las corrientes esto debido al diseo pues el intercambiador de calor de placas va primero provocando una gran disminucin en la corriente de proceso y por lo tanto al entrar el cambiador de tubos y coraza.

4.- Cmo 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 se van a invertir y T2 ser ms grande que T1.

5.- Qu caracterstica es la que distingue a un cambiador de otro de acuerdo a la grfica 3?Lo que distingue un cambiador de otro es la capacidad de enfriamiento o bien la capacidad de transferencia de calor que tiene cada uno.

6.- Cmo es la magnitud de esta caracterstica cuando se compara la del cambiador de placas contra la del cambiador de coraza y tubos?Es mayor en el cambiador de placas porque como se puede ver en las grficas y tablas, el que haya un intercambiador de tubos y coraza antes o despus del intercambiador de placas no afecta mucho para que el de placas lleve a cabo su funcin de una manera similar (muy eficaz).

7.- Especifique las variables de diseo que definen a esta caracterstica distintiva al comparar los perfiles de temperatura C y D.El coeficiente global de transferencia de calor U y el rea A.

8.- Considerando las variables de la caracterstica distintiva entre los cambiadores explique qu contribucin tiene el cambiador de coraza y tubos en el arreglo 1 y en el arreglo 2.Pues en realidad no se da un gran cambio, como se ve en las tablas y grficas no contribuye mucho para tener un mejor enfriamiento el tenerlo antes o despus el intercambiador de coraza y tubos ya que al comparar los perfiles de los cambiadores (coraza y tubos + placas y placas nicamente) podemos ver que sus pendientes o su capacidad de enfriamiento es semejante y si se pone despus del de placas uno de coraza en vez de seguir aumentando la capacidad de enfriamiento la disminuye.

9 .- Se necesita experimentar por separado los cambiadores de calor? Explique por qu.No, pues aunque estn juntos se puede observar por separado como actu cada intercambiador, esto debido a que se midieron las temperaturas tanto de entrada y salida cuando primeramente se colocaba el de coraza o el de placas; es decir, esos experimentos ya fueron englobados en los arreglos 1 y 2

10.- Con base en el anlisis que se ha desarrollado, Podra concluir que en cualquier arreglo de cambiadores de calor (serie o paralelo) obtendra los mismos resultados?.Explique por qu.No pues cuando son colocados en serie, se da la transferencia de calor en el primer cambiador, pero al pasar al segundo cambiador se da una transferencia totalmente diferente a la del primer cambiador, dndonos una corriente con ciertas caractersticas. En cambio en el sistema en paralelo se da la transferencia en los cambiadores y al momento de juntar las corrientes, nos da otra corrientes posiblemente con caractersticas diferentes a las de las corrientes que la compusieron.

11.- Cul es el menor flujo de agua de enfriamiento en L h para enfriar de 50 a 28C una corriente de proceso de 100 L h utilizando como medio de enfriamiento agua a temperatura ambiente?Como podemos ver en nuestra tabla sera el flujo de 250 L/h y alcanzaramos una temperatura de 28.7 C

CONCLUSIONES

Podemos concluir que el intercambiador de placas es mucho ms efectivo que el intercambiador de tubos y coraza, pues como vemos en nuestros datos obtenidos en las tablas y las grficas que se elaboraron el que aporta y hace que se lleve a cabo de forma ms efectiva el intercambio es el con el de placas.

El cambiador de placas es ms efectivo debido a que tiene mayor rea de transferencia, pues el espacio entre una placa y otra es pequea y en todo momento se tiene en contacto toda el rea de una placa con otra; en cambio en el cambiador de tubos y coraza el contacto es diferente pues el agua cercana a los tubos se ve ms influenciado por el intercambio y la que est ms alejada no tanto y al existir movimiento constante se mezcla y se llega a un equilibrio haciendo menos efectiva la transferencia de calor.

Como vemos en la ecuacin al aumentar el rea aumenta la transferencia de calor por lo tanto se enfra ms la corriente de proceso.