PRACTICA

Simulacin de flujo de un intercambiador de calorPROCEDIMIENTO: PRACTICA

REVISION No. 1Pgina 12 de 13

FECHA DE ULTIMA REVISION: 21/OCTUBRE/2014

UNIVERSIDAD VERACRUZANA

Facultad de Ciencias Qumicas

Experiencia Educativa:

Operaciones de transferencia de calorTitular:

M.C. Eduardo Aguilar HernndezSimulacin de flujo atreves de un intercambiador de calorCon SolidWorks

Integrantes:

Josu Tonatiuh Martnez Valerio

Carrera:

Ingeniera Qumica

Grupo:

502

Fecha de entrega:

21/octubre/20141.0 OBJETIVOPor medio del siguiente programa SolidWorks realizaremos una simulacin donde aplicando conocimientos anteriores de un intercambiador de calor con simulation flow (simulacin de flujo).2.0 SEGURIDAD Y RESPONSABILIDADES

Realizar el siguiente tutorial paso a paso o habr de lo contrario fallas en la simulacin de un intercambiador de calor.

A su vez tener cuidado en la introduccin de valores o medidas de esta pieza ya que podra generar un error al correr la simulacin.2.0 FUNDAMENTOUn intercambiador de calor es un dispositivo diseado para transferir calor entre dos medios, que estn separados por una barrera o que se encuentren en contacto. Son parte esencial de los dispositivos de calefaccin, refrigeracin, acondicionamiento de aire, produccin de energa y procesamiento qumico.

De manera general, existen dos tipos de transmisin de calor en los intercambiadores:

1. Transmisin de calor por conduccin: La conduccin es la forma en que tiene lugar la transferencia de energa a escala molecular. Cuando las molculas absorben energa trmica vibran sin desplazarse, aumentando la amplitud de la vibracin conforme aumenta el nivel de energa. Esta vibracin se transmite de unas molculas a otras sin que tenga movimiento alguno.

2. Transmisin de calor por conveccin: Cuando un fluido circula en contacto con un slido, por ejemplo por el interior de una tubera, existiendo una diferencia de temperatura entre ambos, tiene lugar un intercambio de calor. Esta transmisin de calor se debe al mecanismo de conveccin.Funcionamiento de un intercambiador de calorEl funcionamiento de los intercambiadores de calor se basa en la transferencia de energa en forma de calor de un medio (aire, gas o lquido) a otro medio. El mecanismo de funcionamiento de los intercambiadores de calor, que logran una separacin total entre los dos fluidos sin que se produzca ningn almacenamiento intermedio de calor, se conoce como recuperador.

Para que el funcionamiento de los intercambiadores de calor logre una transferencia de calor lo ms grande posible, la particin interior del intercambiador se ha diseado de forma que la distancia - que debe recorrer la corriente de calor - sea lo ms pequea posible. Para ello, tambin se tiene en cuenta la cada de presin permitida del interior del intercambiador.

Las dos corrientes de aire se mueven (en sentido contrario) de forma paralela, a lo largo de una particin interior, en principio, de longitud interminable. De este modo la corriente de aire fra puede calentarse hasta alcanzar la temperatura de la corriente de aire caliente que sale y viceversa: la corriente de aire caliente se puede enfriar hasta alcanzar la temperatura de la corriente de aire fra que sale.

Para lograr una distribucin uniforme de las corrientes de aire en el interior del intercambiador, en la pared existen canales triangulares, de dimetro reducido e igual resistencia. Gracias a ello, la corriente de aire se mantiene exactamente igual en todos los canales. Cada canal triangular est rodeado de tres canales de la misma forma, por los que circula una corriente en sentido contrario. De este modo se logra en el interior del intercambiador una efectividad extraordinariamente alta, del 93%. Debido a que apenas existe diferencia perceptible entre la temperatura del aire que entra y la del aire que sale, se crea un ambiente excepcionalmente agradable en casa o en el lugar de trabajo.

Los intercambiadores de calor se clasifican de la manera siguiente:

- Contacto indirecto o recuperadores:

Tubos concntricos o doble tubo: Los intercambiadores de calor de tubos concntricos o doble tubo son los ms sencillos que existen. Estn constituidos por dos tubos concntricos de dimetros diferentes. Uno de los fluidos fluye por el interior del tubo de menor dimetro y el otro fluido fluye por el espacio anular entre los dos tubos.

Hay dos posibles configuraciones en cuanto a la direccin de los fluidos: a contracorriente y en paralelo. A contracorriente los dos fluidos entran por los extremos opuestos y fluyen en sentidos opuestos; en cambio en paralelo entran por el mismo extremo y fluyen en el mismo sentido. A continuacin se pueden ver dos imgenes con las dos posibles configuraciones de los fluidos dentro de los tubos.

Coraza y tubos: El intercambiador de calor de coraza y tubos es el ms utilizado en la industria. Est formado por una coraza y por multitud de tubos. Se clasifican por el nmero de veces que pasa el fluido por la coraza y por el nmero de veces que pasa el fluido por los tubos.

En los intercambiadores de calor de paso mltiple se utiliza un nmero par de pasos en el lado del tubo y un paso o ms por el lado de la coraza.

Evaporadores: Un evaporador es un intercambiador de calor de coraza y tubos. Las partes esenciales de un evaporador son la cmara de calefaccin y la cmara de evaporacin. El haz de tubos corresponde a una cmara y la coraza corresponde a la otra cmara. La coraza es un cuerpo cilndrico en cuyo interior est el haz de tubos.

Las dos cmaras estn separadas por la superficie slida de los tubos, a travs de la cual tiene lugar el intercambio de calor. La forma y la disposicin de estas cmaras, diseadas para que la eficacia sea mxima, da lugar a distintos tipos de evaporadores.

Placas: Un intercambiador de calor de placas consiste en una sucesin de lminas de metal armadas en un bastidor y conectadas de modo que entre la primera y la segunda placa circule un fluido, entre la segunda y la tercera otro, y as sucesivamente. Estas placas estn separadas por juntas, fijadas en una coraza de acero.La circulacin de estos fluidos puede tener diferentes configuraciones, en paralelo y contracorriente. Compacto: Los intercambiadores de calor compactos estn diseados para conseguir una gran rea superficial de transferencia de calor por unidad de volumen.

En los intercambiadores compactos, los dos fluidos normalmente se mueven en direcciones ortogonales entre s. Esta configuracin del flujo recibe el nombre de flujo cruzado. El flujo cruzado se clasifica en mezclado (uno de los dos fluidos fluye libremente en direccin ortogonal al otro sin restricciones) y no mezclado (se ponen unas placas para guiar el flujo de uno de los fluidos).

Regeneradores: En un regenerador, la transferencia de calor entre dos corrientes es transportada por el paso alternado de fluidos calientes y fros a travs de un lecho de slidos, el cual tiene una apreciable capacidad de almacenamiento de calor. El fluido caliente proporciona calor a los slidos que se calientan de forma gradual; pero antes de llegar al equilibrio los flujos son cambiados y entonces el fluido fro remueve el calor del lecho. En un tipo de regenerador se utilizan dos lechos idnticos, como en un sistema absorbedor-desorbedor. Un segundo tipo utiliza un lecho rotatorio con forma de una llanta gruesa, con el fluido fro que circula axialmente a travs del sector (generalmente 180) del lecho, mientras que el fluido caliente circula en una direccin contraria a travs del otro sector.

En regeneradores rotatorios, el lecho es frecuentemente una matriz de barras, pantallas o lminas corrugadas, hace que tenga una gran rea de superficie, pero adems, una alta fraccin de vacos y una cada de presin ms baja que un lecho de partculas.

- Contacto directo:

Torres de enfriamiento: Las torres de enfriamiento son un tipo de intercambiadores de calor que tienen como finalidad quitar el calor de una corriente de agua caliente, mediante aire seco y fro, que circula por la torre.El agua caliente puede caer en forma de lluvia y al intercambiar calor con el aire fro, vaporiza una parte de ella, eliminndose de la torre en forma de vapor de agua.3.0 DEFINICIONES Calefaccin: es una forma de climatizacin que consiste en aportar calor a los espacios cerrados y habitados, cuando las temperaturas exteriores son bajas (estacin invernal) conforme sean las necesidades. Turbulento: se llama flujo turbulento o corriente turbulenta al movimiento de un fluido que se da en forma catica, en que las partculas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partculas se encuentran formando pequeos remolinos aperidicos, (no coordinados) como por ejemplo el agua en un canal de gran pendiente. Debido a esto, la trayectoria de una partcula se puede predecir hasta una cierta escala, a partir de la cual la trayectoria de la misma es impredecible, ms precisamente catica. Laminar: Se llama flujo laminar o corriente laminar, al movimiento de un fluido cuando ste es ordenado, estratificado, suave. En un flujo laminar el fluido se mueve en lminas paralelas sin entremezclarse y cada partcula de fluido sigue una trayectoria suave, llamada lnea de corriente. En flujos laminares el mecanismo de transporte lateral es exclusivamente molecular. Se puede presentar en las duchas elctricas vemos que tienen lineas paralelas Contracorriente: Corriente derivada y de direccin opuesta a la de la principal de que procede. Torre de enfriamiento: Las torres de enfriamiento son un tipo de intercambiadores de calor que tienen como finalidad quitar el calor de una corriente de agua caliente, mediante aire seco y fro, que circula por la torre.

Anular: Dejar sin efecto o valor una cosa4.0 EQUIPO

Intercambiador de calor (Heat Exchanger)

La realizacin de simulacin de esta pieza fue muy tediosa, pero a su vez tranquila siguiendo el tutorial se dio por bien hecho el trabajo al final.5.0 MATERIAL EMPLEADO

Computadora Programa SolidWorks

Tutorial de SolidWorks simulation flow (Heat Exchanger)Por medio de este programa se realiz la simulacin de un intercambiador de calor siguiendo el tutorial correspondiente de la siguiente pieza.6.0 PROCEDIMENTO1. Tener instalado SolidWorks en un equipo2. Abrir la carpeta llamada Heat Exchanger subida con anterioridad

3. Abrir la pieza Heat Exchanger. SLDASM 4. Seguir el tutorial solidworks flow simulation 2012, del siguientes link: http://www.academia.edu/3713889/Solidworks-flow-simulation-2012-tutorial5. Seguir los pasos de este tutorial para la simulacin de un intercambiador de calor.

6. Abrir la pieza e in a la pestaa wizard donde se realizara un nuevo proyecto de la pieza.

7. Se realizan los pasos del tutorial donde nos da los datos a introducir en el intercambiador de calor.

8. Posteriormente obtenidos los resultados se realizaron clculos de eficiencia en el intercambiador de calor (Heat Exchanger).

9. Anotar sus observaciones en la realizacin de esta pieza y conocimientos adquiridos.De acuerdo en la realizacin de esta prctica solo era seguir los pasos del tutorial donde se volvi a aplicar una materia que es dibujo de ingeniera que por el cual se realiz la simulacin de un intercambiador de calor aplicando conocimientos de operaciones de transferencia de calor.7.0 CALCULOS Y/O RESULTADOS

Realizar los clculos de eficiencia de un intercambiador de calor, por medio de la siguiente formula que se expresa:

Por lo tanto expresado queda:

Dnde:: Temperatura de salida del fluido frio: Temperatura de entrada del fluido frio

: Temperatura de salida del fluido caliente

: Temperatura de entrada del fluido caliente

*Nota: La primera frmula en rojo se utiliza si el fluido caliente capacity rate es menor al del fluido frio. La segunda frmula en verde si el capacity rate del fluido caliente es mayor al del fluido frio.

El capacity rate (c) es: Datos:

: 293.2 k

: 585 k = Se obtuvo del surface parameters

: 600 K

: 600 kFormulas:

Se utiliz la primera frmula en rojo se utiliza si el fluido caliente capacity rate es menor al del fluido frio. Es decir que Caire es mayor que el Cagua.Sustitucin:

8.0 IMGENES

Fig. 1. Intercambiador de calor (Temperatura)

Fig. 2. Intercambiador de calor (Resultado del tutorial temperaturas)

Fig. 3. Intercambiador de calor (Temperatura vs Velocidad)

Fig. 4. Intercambiador de calor (Temperatura vs flujo de temperatura)

Fig. 5. Intercambiador de calor (Resultados del intercambiador de calor)

9.0 OBSERVACIONESDe acuerdo a lo realizado en la simulacin el intercambiador de calor se observ el flujo, las presiones y los cambios de variables que podemos manejar en la simulacin ya que con este programa nos ayudara en la aplicacin de los conocimientos adquiridos en operaciones de transferencia de calor.Donde se va a calcular la eficiencia del intercambiador de calor a contra corriente y la temperatura promedio de la pared de tubo central de la pieza, apartir de los datos obtenidos del tutorial y/o de la Simulation Flow.

10.0 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

1. http://www.eurovaldelcentro.com.mx/valvulas-bola.htm2. http://www.valvias.com/basico.php3. http://www.ecured.cu/index.php/V%C3%A1lvula_de_bola4. http://www.empaqueseeisa.com/empaquetaduras.html5. http://www.recair.es/tags/funcionamiento-del-intercambiador-de-calor/6. http://epsem.upc.edu/~intercanviadorsdecalor/castella/tubs_concentrics.htmlELABORADO POR:

JOSUE TONATIUH MARTINEZ VALERIOREVISO: M.C. EHAAPROBO: M.C. EHA

FECHA: 21-octubre-14FECHA: 21-octubre-14FECHA: 21-octubre-14