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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE GUASAVE

INTERCAMBIADOR DE CALOR REPORTE DE PRÁCTICA DE LABORATORIO

INGENIERÍA MECÁNICA

PRESENTAN CHON TORRES JESÚS UBALDO LIMÓN VALDEZ OSVALDO LUGO BOJÓRQUEZ LUIS DIEGO SILVAS BELTRÁN ELVIS ANTONIO NÚMERO DE CONTROL: 1525010339, 1525010360,1525010366, 1525010397 SEMESTRE: SEXTO SEMESTRE

DOCENTE M.C. VICTORIA PAOLA CABRERA MADERA

GUASAVE, SINALOA. JUNIO, 2018.

ÍNDICE Índice…………………………………………………………………………………

2

Lista de cuadros…….………………………………………………………………………..

3

Lista de figuras………………………………………………………………………

3

1. Introducción……………………………………………………………………….

6

2.Objetivo..………………………………………………………….……………….

7

3. Fundamentos teóricos…………………………………………………………...

8

4. Metodología………….……………………………………………..…………….

22

4.1 Materiales…………………………………………………………………….

23

4.2 Métodos…………………………………………………………………........

23

4.2.1 Corte de materiales 4.2.2 Perforaciones 4.2.3 Ensamblado del prototipo 4.2.4 Pintura 5. Resultados………………………………………………………………………..

24

6. Conclusiones……………………………………………………………………..

32

7.Bibliografía.………….……………………………………………….…...............

35

2

LISTA DE CUADROS

Cuadro

1

Factores de conversión utilizados comúnmente en transferencia de calor…………………………………………………………………… 11

2

Conductividadades termicas de materiales a temperatura ambiente…………………………………………………………………

13

LISTA DE FIGURAS

Figura 1

Mecanismos básicos de la transferencia de calor. (Nergiza, 2016).

8

2

Ejemplo de difusividad térmica, (Nergiza, 2016).

10

3

Representación de difusividad térmica en un perfil de acero.

10

(Nergiza, 2016)

4

Estructura de un intercambiador de calor de tubo doble

14

5

Curvas características de evolución de temperaturas en intercambiadores.

15

3

6

Diagrama de intercambiador de calor de carcasa y tubo

16

7

Intercambiador de Contraflujo

17

8

Intercambiador de Contraflujo

18

9

Intercambiador de calor de flujo cruzado

19

10

Creación de orificios en la carcasa.

23

11

Creación de orificios en la carcasa.

23

12

introducción del tubo de cobre por el eje central en la carcasa

25

13

sujetan las 2 bases al cilindro

25

14

Se ensambla el embudo que nos permitirá rellenar el cilindro.

25

15

Se conecta la bomba de agua al cable de bujía para armar la

26

conexión necesaria. 16

Se realizan orificios a la botella de agua y se insertan dos entradas

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de manguera. 17

Se conectan ambos extremos del tubo de cobre a la botella

27

4

18

Se conectan ambos extremos del tubo de cobre a la botella

27

19

Sellado de las conexiones con silicón y se pinta el prototipo para

27

que se vea un poco más estético. 20

Sellado de las conexiones con silicón y se pinta el prototipo para

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que se vea un poco más estético.

5

1. INTRODUCCIÓN En el siguiente documento se presentará información de los mecanismos de transferencia de calor, así como términos como difusividad térmica y conductividad térmica los cuales sirven para poner en práctica la información que se presenta en el documento. Por otra parte, se muestra información puntual acerca de que es un intercambiador de calor, así como se hace énfasis en el intercambiador de calor mediante tubos. Por otra parte, se proyectan las metodologías que se usaron para la construcción del intercambiador de calor de tubos. Por consiguiente, se presentarán los resultados de la practica en donde se representarán por medio de imágenes y cálculos correspondientes a los mecanismos de transferencia de calor.

6

2. OBJETIVO Exponer el método de cálculo de un intercambiador de calor, identificando la superficie de intercambio, dimensiones y configuraciones de tubos y cascos, y pérdidas de carga.

7

3. FUNDAMENTOS TEÓRICOS TRANSFERENCIA DE LA ENERGÍA La transferencia de calor es la ciencia que trata de predecir el intercambio de energía que puede tener lugar entre cuerpos materiales, como resultado de una diferencia de temperatura. La termodinámica enseña que esta transferencia de energía se define como calor. La ciencia de la transferencia de calor pretende no sólo explicar cómo la energía térmica puede ser transferida, sino también predecir la rapidez con la que, bajo ciertas condiciones específicas, tendrá lugar esa transferencia. El hecho de que el objetivo deseado del análisis sea la rapidez de la transferencia del calor, señala la diferencia entre la transferencia de calor y la termodinámica. (Holman, 1998) La energía se puede transferir hacia una masa dada, o desde ésta, por dos mecanismos: calor Q y trabajo W. Una interacción energética es transferencia de calor si su fuerza impulsora es una diferencia de temperatura. De lo contrario, es trabajo. Tanto un pistón que sube, como una flecha rotatoria y un alambre eléctrico que crucen las fronteras del sistema, están asociados con interacciones de trabajo. El trabajo realizado por unidad de tiempo se llama potencia y se denota por W. La unidad de potencia es el W o el hp (1 hp _ 746 W). Los motores de automóviles y las turbinas hidráulicas, de vapor y de gas producen trabajo; los compresores, bombas y mezcladoras consumen trabajo. Advierta que la energía de un sistema disminuye conforme realiza trabajo y aumenta si se realiza trabajo sobre él. (Cengel, 2011) En la vida diaria con frecuencia se hace referencia a las formas latente y sensible de la energía interna como calor y se habla del contenido de calor de los cuerpos. Sin embargo, en la termodinámica a esas formas de energía se les suele mencionar como energía térmica, con el fin de impedir que se tenga una confusión con la transferencia de calor.

8

Manteniéndose alineados con la práctica actual, llamaremos a la energía térmica calor y a la transferencia de energía térmica transferencia de calor. La cantidad de calor transferido durante el proceso se denota por Q. La cantidad de calor transferido por unidad de tiempo se llama razón de transferencia de calor y se denota por Q (Cengel, 2011) MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR En la sección 1-1 se definió el calor como la forma de energía que se puede transferir de un sistema a otro, como resultado de la diferencia de temperatura. Un análisis termodinámico se interesa en la cantidad de transferencia de calor conforme un sistema pasa por un proceso, de un estado de equilibrio a otro. La ciencia que trata de la determinación de las razones de esas transferencias de energía es la transferencia de calor. La transferencia de energía como calor siempre se produce del medio que tiene la temperatura más elevada hacia el de temperatura más baja, y la transferencia de calor se detiene cuando los dos medios alcanzan la misma temperatura. El calor se puede transferir en tres modos diferentes: conducción, convección y radiación. Todos los modos de transferencia de calor requieren la existencia de una diferencia de temperatura y todos ellos ocurren del medio que posee la temperatura más elevada hacia uno de temperatura más baja. En seguida se da una breve descripción de cada modo. En los capítulos posteriores de este texto se da un estudio más detallado de estos modos. (Cengel, 2011).

Fig. 1 Mecanismos básicos de la transferencia de calor. (Nergiza, 2016)

9

CONDUCCION La conducción es la transferencia de energía de las partículas más energéticas de una sustancia hacia las adyacentes menos energéticas, como resultado de interacciones entre esas partículas. La conducción puede tener lugar en los sólidos, líquidos o gases. (Cengel, 2011) CONVECCION La convección es el modo de transferencia de energía entre una superficie sólida y el líquido o gas adyacente que está en movimiento y comprende los efectos combinados de la conducción y el movimiento de fluidos. Entre más rápido es el movimiento de un fluido, mayor es la transferencia de calor por convección. (Cengel, 2011) La radiación es la energía emitida por la materia en forma de ondas electromagnéticas (o fotones) como resultado de los cambios en las configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas. A diferencia de la conducción y la convección, la transferencia de calor por radiación no requiere la presencia de un medio interventor. (Cengel, 2011) CONDUCTIVIDAD TÉRMICA La conductividad térmica es una magnitud intensiva que describe la capacidad de un material de transferir calor por contacto directo entre objetos. Basándose en esta definición pueden realizarse medidas experimentales para determinar la conductividad térmica de diferentes materiales. Para gases, a temperaturas moderadamente bajas, pueden utilizarse los tratamientos analíticos de la teoría cinética de gases para predecir con precisión los valores observados experimentalmente. (Holman, 1998).

10

Fig. 2 Ejemplo de difusividad térmica, (Nergiza, 2016).

DIFUSIVIDAD TÉRMICA La difusividad térmica caracteriza la rapidez con la que varía la temperatura del material ante una solicitud térmica, por ejemplo, ante una variación brusca de temperatura en la superficie. El producto rcp, que se encuentra con frecuencia en el análisis de la transferencia de calor, se llama capacidad calorífica de un material. Tanto el calor específico cp como la capacidad calorífica rcp representan la capacidad de almacenamiento de calor de un material. Pero cp la expresa por unidad de masa, en tanto que rcp la expresa por unidad de volumen, como se puede advertir a partir de sus unidades J/kg · °C y J/m3 · °C, respectivamente (Cengel, 2011).

Fig. 3 Representación de difusividad térmica en un perfil de acero. (Nergiza, 2016)

11

Cuadro 1. Factores de conversión utilizados comúnmente en transferencia de calor.

(Cengel, 2011)

12

Continuacion de cuadro 1

(Cengel, 2011)

13

Cuadro 2. Conductividadades termicas de materiales a temperatura ambiente

(Cengel, 2011)

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INTERCAMBIADOR DE CALOR Un Intercambiador de Calor es un equipo utilizado para enfriar un fluido que está más caliente de lo deseado, transfiriendo este calor a otro fluido que está frío y necesita ser calentado. La transferencia de calor se realiza a través de una pared metálica o de un tubo que separa ambos fluidos. Las aplicaciones de los intercambiadores de calor son muy variadas y reciben diferentes nombres:  Intercambiador de Calor: Realiza la función doble de calentar y enfriar dos fluidos.  Condensador: Condensa un vapor o mezcla de vapores. • Enfriador: Enfría un fluido por medio de agua.  Calentador: Aplica calor sensible a un fluido.  Rehervidor: Conectado a la base de una torre fraccionadora proporciona el calor de reebulición que se necesita para la destilación. (Los hay de termosifón, de circulación forzada, de caldera,)  Vaporizador: Un calentador que vaporiza parte del líquido

INTERCAMBIADOR DE CALOR DE TUBERIA DOBLE

Fig. 4 estructura de un intercambiador de calor de tubo doble.

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Un intercambiador de doble tubo consiste en dos tubos concéntricos generalmente el fluido que se debe enfriar se mete por la tubería interna, mientras el que se va a calentar circula por el espacio anular comprendido entre las dos tuberías. Estos intercambiadores pueden conectarse en serie o en paralelo para aumentar el área de transferencia. Se usan para calentar o enfriar fluidos sin que se llegue a presentar un cambio de estado. Consiste en un tubo pequeño que está dentro de otro tubo mayor, circulando los fluidos en el interior del pequeño y entre ambos. Estos intercambiadores se utilizan cuando los requisitos de área de transferencia son pequeños. Las curvas características de evolución de temperaturas en intercambiadores son:

Fig. 5 curvas características de evolución de temperaturas en intercambiadores.

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INTERCAMBIADOR DE CALOR CARCASA Y TUBO La construcción más básica y común de los intercambiadores de calor es el de tipo tubo y carcaza que se muestra en la figura (6).

Fig. 6 diagrama de intercambiador de calor de carcasa y tubo Este tipo de intercambiador consiste en un conjunto de tubos en un contenedor llamado carcaza. El flujo de fluido dentro de los tubos se le denomina comúnmente flujo interno y aquel que fluye en el interior del contenedor como fluido de carcaza o fluido externo. En los extremos de los tubos, el fluido interno es separado del fluido externo de la carcasa por la(s) placa(s) del tubo. Los tubos se sujetan o se sueldan a una placa para proporcionan un sello adecuado. En sistemas donde los dos fluidos presentan una gran diferencia entre sus presiones, el líquido con mayor presión se hace circular típicamente a través de los tubos y el líquido con una presión más baja se circula del lado de la cáscara. Esto es debido a los costos en materiales, los tubos del intercambiador de calor se pueden fabricar para soportar presiones 3 más

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altas que la cáscara del cambiador con un costo mucho más bajo. Las placas de soporte (support plates) mostradas en figura (1) también actúan como bafles para dirigir el flujo del líquido dentro de la cáscara hacia adelante y hacia atrás a través de los tubos.

FLUJO PARALELO. Como se ilustra en la figura (7), existe un flujo paralelo cuando el flujo interno o de los tubos y el flujo externo o de la carcasa ambos fluyen en la misma dirección. En este caso, los dos fluidos entran al intercambiador por el mismo extremo y estos presentan una diferencia de temperatura significativa. Como el calor se transfiere del fluido con mayor temperatura hacia el fluido de menor temperatura, las temperaturas de los fluidos se aproximan la una a la otra, es decir que uno disminuye su temperatura y el otro la aumenta tratando de alcanzar el equilibrio térmico entre ellos. Debe quedar claro que el fluido con menor temperatura nunca alcanza la temperatura del fluido más caliente.

Fig. 7 Intercambiador de Contraflujo

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CONTRAFLUJO Como se ilustra en la figura (8), se presenta un contraflujo cuando los dos fluidos fluyen en la misma dirección, pero en sentido opuesto. Cada uno de los fluidos entra al intercambiador por diferentes extremos Ya que el fluido con menor temperatura sale en contraflujo del intercambiador de calor en el extremo donde entra el fluido con mayor temperatura, la temperatura del fluido más frío se aproximará a a la temperatura del fluido de entrada. Este tipo de intercambiador resulta ser más eficiente que los otros dos tipos mencionados anteriormente. En contraste con el intercambiador de calor de flujo paralelo, el intercambiador de contraflujo puede presentar la temperatura más alta en el fluido frío y la más baja temperatura en el fluido caliente una vez realizada la transferencia de calor en el intercambiador

Fig. 8 Intercambiador de Contraflujo

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FLUJO CRUZADO En la figura (9) se muestra como en el intercambiador de calor de flujo cruzado uno de los fluidos fluye de manera perpendicular al otro fluido, esto es, uno de los fluidos pasa a través de tubos mientras que el otro pasa alrededor de dichos tubos formando un ángulo de 90◦ Los intercambiadores de flujo cruzado son comúnmente usado donde uno de los fluidos presenta cambio de fase y por tanto se tiene un fluido pasado por el intercambiador en dos fases bifásico. Un ejemplo típico de este tipo de intercambiador es en los sistemas de condensación de vapor, donde el vapor exhausto que sale de una turbina entra como flujo externo a la carcasa del condensador y el agua fría que fluye por los tubos absorbe el calor del vapor y éste se condensa y forma agua líquida. Se pueden condensar grandes volúmenes de vapor de agua al utiliza este tipo de intercambiador de calor.

Fig. 9 Intercambiador de calor de flujo cruzado

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DISEÑO DE INTERCAMBIADORES Las fases a seguir en el diseño de un intercambiador de calor de casco y tubo son:

1.- Comprobar el BALANCE DE ENERGÍA, hemos de conocer las condiciones del procesamiento, caudales, temperaturas, presiones, propiedades físicas de los fluidos, ... 2.- Asignar las corrientes al tubo y casco. 3.- Dibujar los diagramas térmicos. 4.- Determinar el número de intercambiadores en serie. 5.- Calcular los valores corregidos de la diferencia media de temperaturas (MTD). 6.- Seleccionar el diámetro, espesor, material, longitud y configuración de los tubos. 7.- Estimar los coeficientes de película y de suciedad. Calcular los coeficientes globales de transmisión de calor 8.- Calcular la superficie de intercambio estimada. 9.- Seleccionar el tamaño del casco (utilizando dos pasos en tubo). 10.- Calcular las pérdidas de presión en el lado del tubo y recalcular el número de pasos para cumplir con las pérdidas de presión admisibles. 11.- Asumir la separación entre desviadores y el área de paso para conseguir la perdida de presión en casco admisible. 12.- Recalcular los coeficientes de película en el lado del tubo y del casco utilizando las velocidades másicas disponibles. 13.- Recalcular los coeficientes globales de transmisión de calor y comprobar si tenemos suficiente superficie de intercambio. 14.- Si la superficie de intercambio es muy grande o muy pequeña revisar los estimados de tamaño de carcasa y repetir las etapas 9- 13. (Chilton, 2016)

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4. METODOLOGÍA

Se realizó la práctica de intercambiadores de calor con el objetivo de exponer el método de cálculo de un intercambiador de calor, identificando la superficie de intercambio, dimensiones y configuraciones de tubos y cascos, y pérdidas de carga. Los pasos para llevar a cabo la práctica son: Se seleccionaron los materiales prácticos de utilizar, es decir, los materiales de mayor facilidad de obtener, así como materiales que se puedan reciclar o reutilizar. Dichos materiales se obtuvieron la mayoría en el Taller Mecánico Oscar, los cuales fueron totalmente materiales de desecho puesto que no se vuelven a utilizar en la operación del taller, de tal manera que se reutilizaron para la elaboración de un intercambiador de calor de tubos. Después, se tomó la decisión de elegir el tipo de intercambiador de tubos deseados mediante un debate se concluyó con la decisión de construir un intercambiador de tubos del tipo tubo y carcasa en donde el tubo interior corresponde al tubo de cobre y la carcasa al cilindro del gas. Por consiguiente, se perforo la carcasa a sus dos extremos por medio de un taladro utilizando una broca de 3/8 in para que consigo poder introducir el tubo de cobre en el interior de la carcasa. Después se hace el ensamble entre el tubo y la coraza y se hace un sellado utilizando la silicona industrial, por consiguiente, se prosigue ensamblando un recipiente de agua y una bomba. Después, se plantearon las suposiciones en las cual se tomó en cuenta que la carcasa del intercambiador de calor se divide en una media esfera y lo restante de la carcasa si se analiza como cilindro, para poder hacer los cálculos correspondientes a través de un fluido a distintas temperaturas.

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4.1 MATERIALES Para la práctica de “intercambiadores de calor” se utilizó ½ metro de tubo cobre calibre 3/8in (Refaccionaria “El pipi”, León Fonseca), Esmeril Ryoby (Taller Mecánico Oscar, Guasave), Cilindro gas 134a (Todo en clímax Figueroa, Guasave), Taladro Ryoby (Taller Mecánico Oscar, Guasave), Silicona Dap (Taller Mecánico Oscar, Guasave), Vernier de Lorenzo ( Taller

Mecánico

Oscar,

Guasave),

Flexómetro (Taller Mecánico Oscar, Guasave), Pistola Inyectora de silicona Famastil (Taller Mecánico Oscar, Guasave), Bomba de Agua Topran(Taller Mecánico Oscar, Guasave). 4.2 MÉTODOS  CORTE DE MATERIALES En esta etapa se llevó a cabo lo cortes pertinentes en donde se utilizó una esmeriladora con disco de corte de metal, para tener corte más fino y evitando imperfecciones.  PERFORACIONES Durante este proceso se realizaron distintos orificios al cilindro, los cuales se ejecutaron con talador con broca 3/8 in. Se localizaron orificios en los dos extremos por donde entra y sale el tubo de cobre y otro más por donde se suministra el agua a mayor temperatura.  ENSAMBLADO DEL PROTOTIPO Introducimos el tubo de 3/8 in en cilindro de aluminio, después colocamos la base para que allá estabilidad en el diseño. Unimos las mangueras al motor el cual usaremos para bombear el fluido través del tubo, una vez hecho esto colocamos el embudo al cilindro para introducir el fluido través de él.  PINTURA Se detalló el prototipo a través de pintura en aerosol usando los colores negro brillante para las estructuras de uniones, así como la bomba y una pintura color gris aluminio para la carcasa del intercambiador de calor

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5. RESULTADOS Se muestran los resultados de la practica a través de fotos desde la toma de medidas a la pieza, como armado del prototipo. En los resultados también se muestran los cálculos en donde se obtuvo las transferencias de calor por conducción y convección.

PROCEDIMIENTO

1- Se cran orificios en el envase de aire comprimido con una broca de 3/8 como se muestra en la figura 10 y 11.

Fig. 10.

Fig 11.

2- Se introduce el tubo de cobre por el eje central del envase como se muestra en la figura 12.

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Fig.12 3- Por medio de cinchos, se sujetan las 2 bases al cilindro como asemeja la figura 13.

Fig. 13 4- Se ensambla el embudo que nos permitirá rellenar el cilindro. Figura 14.

Fig.14

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5- Se conecta la bomba de agua al cable de bujía para armar la conexión necesaria. Figura 15.

Fig.15 6- Se realizan orificios a la botella de agua y se insertan dos entradas de manguera como se muestra en la figura 16.

Fig.16 7- Se conectan ambos extremos del tubo de cobre a la botella como se ilustra en la figura 17 y 18.

26

Fig. 17

Fig. 18

8- Por último, se sellan las conexiones con silicón y se pinta el prototipo para que se vea un poco más estético. Figura 19 y 20.

Fig.19

Fig.20

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CÁLCULOS CORRESPONDIENTES A UN INTERCAMBIADOR DE TUBO Y CARCASA.

Bomba

Representación del prototipo para determinar los cálculos pertinentes a la transferencia de calor.

DATOS: Tubo de cobre de 3/8in con grosor L= 22.5 cm

h1 =

𝟏𝟐𝟎𝟎𝒘 𝒎𝟐 ∗°𝑪

𝟏𝟎𝟎𝟎𝒘

R1 = 0.53cm

h2 =

R2 = 0.45cm

Kcobre = 𝒎𝟐∗°𝑪

𝒎𝟐 ∗°𝑪 𝟒𝟎𝟏𝒘

T1 =50 °c T2 = 21°c Suposiciones: 

La carcasa se divide en dos componentes, es decir; dividir la carcasa en una media esfera y un cilindro para que el cálculo sea más simple



La temperatura del agua estancada en la carcasa se toma como la del ambiente a 21°C. 28

Objetivo del problema Determinar la transferencia de calor en el intercambiador de calor por conducción y convección

CÁLCULOS Cálculo de transferencia en la media esfera Carcasa Tubo de cobre

Conv 1+ Cond1 + Conv 2  Teniendo

los

datos

correspondientes

se

sustituyen

los

datos

correspondientes en las formula de media esfera para determinar el flujo de calor 1. Primeramente, aplicamos la fórmula de esfera para la resistencia de conv1 como se muestra a continuación

𝑹𝒄𝒐𝒏𝒗𝟏 =

𝟏 = (𝟐𝝅𝒓𝟏𝟐 𝒉𝟏)

𝟏 𝟏𝟐𝟎𝟎𝒘 )) 𝒎𝟐 ∗ °𝑪

= 𝟔. 𝟓𝟒𝟗𝟓

(𝟐𝝅(𝟎. 𝟎𝟎𝟒𝟓𝒎)𝟐 (

°𝑪 𝒘

2. A continuación, determinamos la resistencia por conducción en donde interviene el grosor del cobre como se muestra a continuación.

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𝑹𝒄𝒐𝒏𝒅 =

𝟏 𝟏 = 𝟒𝟎𝟏𝒘 (𝟐𝝅𝒓𝟏𝒓𝟐)𝑲 𝟐𝝅(𝟎. 𝟎𝟎𝟒𝟓𝒎)²(𝟎. 𝟎𝟎𝟓𝟑𝒎)( 𝟐 ) 𝒎 ∗ °𝑪 = 𝟏𝟔. 𝟔𝟒𝟏𝟑 °𝑪/𝒘

3. Ahora en este paso determinamos la última resistencia la cual es conv2 en donde interviene el agua de la carcasa y el fluido exterior que es el aire 𝑹𝒄𝒐𝒏𝒗𝟐 =

𝟏 == (𝟐𝝅𝒓𝟐𝒉𝟐)

𝟏 𝟏𝟎𝟎𝟎𝒘 )) 𝒎𝟐 ∗ °𝑪

(𝟐𝝅(𝟎. 𝟎𝟎𝟓𝟑𝒎)𝟐 (

= 𝟓. 𝟔𝟔𝟓𝟖

°𝑪 𝒘

4. Ahora proseguimos a sumar las resistencias para poder sustituir lo valores en la ecuación de flujo de calor para una media esfera. ∑ 𝑅𝑇 = 𝟔. 𝟓𝟒𝟗𝟓 °

𝑪 𝑪 𝑪 °𝑪 + 𝟏𝟔. 𝟔𝟒𝟏𝟑 ° + 𝟓. 𝟔𝟔𝟓𝟖 ° = 𝟐𝟖. 𝟖𝟓𝟔𝟔 𝒘 𝒘 𝒘 𝒘

Por ultimo sustituimos los datos para determinar el flujo de calor como se muestra a continuación:

𝑞=

𝑇1 − 𝑇2 = 1.0049 𝑊 𝐸𝑅𝑇

Cálculo de transferencia en el cilindro Tubo de cobre

Corteza  Calculamos el flujo de calor respetando el análisis previo que se tiene para la media esfera donde se tienen dos resistencias por convección y una por conducción.

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5. Primeramente, aplicamos la fórmula del cilindro para la resistencia de conv1 como se muestra a continuación

𝑹𝒄𝒐𝒏𝒗𝟏 =

𝟏 == (𝒉𝟏 ∗ 𝟐𝝅𝒓𝟏𝑳)

𝟏 𝟏𝟐𝟎𝟎𝒘 (( 𝟐 ∗ 𝟔. 𝟑𝟔𝟏𝟕 ∗ 𝟏𝟎−𝟑 𝒎²)) 𝒎 ∗ °𝑪

= 𝟎. 𝟏𝟕𝟎𝟗

°𝑪 𝒘

6. A continuación, determinamos la resistencia por conducción en donde interviene el grosor del cobre como se muestra a continuación. 𝒓𝟐 𝒍𝒏 (𝒓𝟏)

𝟎𝟎𝟓𝟑𝒎 . 𝟎𝟎𝟒𝟓𝒎) 𝟎 𝑹𝒄𝒐𝒏𝒅 = = = 𝟐. 𝟖𝟖𝟓𝟖 ∗ 𝟏𝟎−𝟒 °𝑪/𝒘 𝟒𝟎𝟏𝒘 (𝟐𝝅)𝑲𝑳 𝟐𝝅 ( 𝟐 ) ∗ (𝟎. 𝟐𝟐𝟓𝒎) 𝒎 ∗ °𝑪 𝒍𝒏 (𝟎.

7. Ahora en este paso determinamos la última resistencia la cual es conv2 en donde interviene el agua de la carcasa y el fluido exterior que es el aire. 𝑹𝒄𝒐𝒏𝒗𝟏 =

𝟏 == (𝒉𝟏 ∗ 𝟐𝝅𝒓𝟏𝑳)

𝟏 𝟏𝟎𝟎𝟎𝒘 ∗ 𝟎. 𝟎𝟓𝟐𝟎𝒎²)) 𝒎𝟐 ∗ °𝑪

((

= 𝟎. 𝟎𝟏𝟗𝟐

°𝑪 𝒘

8. Ahora proseguimos a sumar las resistencias para poder sustituir los valores en la ecuación de flujo de calor para una media esfera. ∑ 𝑅𝑇 = 𝟎. 𝟏𝟕𝟎𝟗 °

𝑪 𝑪 °𝑪 °𝑪 + 𝟐. 𝟖𝟖𝟓𝟖 ∗ 𝟏𝟎−𝟒 ° + 𝟎. 𝟎𝟏𝟗𝟐 = 𝟎. 𝟏𝟓𝟎𝟑 𝒘 𝒘 𝒘 𝒘

Por ultimo sustituimos los datos para determinar el flujo de calor como se muestra a continuación:

𝑞=

𝑇1 − 𝑇2 = 192.94 𝑊 𝐸𝑅𝑇

𝑄 = 192.94 𝑊 + 1.0049 𝑊 𝑄 = 193.94 𝑊

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6. CONCLUSIONES La transferencia de calor se genera de manera general y natural en el medio ambiente por los 3 mecanismos de transferencia de calor los cuales son: conducción, convección y radiación. La transferencia de calor naturalmente se da en un elemento de alta temperatura a otro de más baja temperatura, pero hay excepciones donde un medio, es decir, una carga externa aplicada hace que se de manera viceversa, es decir, el objeto transfiera energía de un cuerpo de menor temperatura a otro de mayor temperatura. La transferencia de calor tiene grandes aportaciones desde un simple horno de hogar o un sistema de refrigeración, hasta sistemas muy complejos que se involucran en empresas industriales de alto rango un ejemplo de empresas seria MEXMOLDE LATINOAMÉRICA SA DE CV. La función principal de un intercambiador de calor es mantener un sistema a una cierta temperatura, existen diversos tipos: tubo-carcasa, doble tubo, flujo cruzado, doble placa, serpentín, etc. Esta ocasión tomamos el de tubo-carcasa debido a que es sencillo y su funcionamiento es fácil de explicar. CONCLUSIONES INDIVIDUALES CHON TORRES JESUS UBALDO En conclusión, se puede decir que un intercambiador de calor de tubo y carcaza, al igual que su nombre lo dice está compuesto por tubos cilíndricos, montados dentro de una carcasa también cilíndrica, con el eje de los tubos paralelos al eje de la carcasa. Un fluido circula por dentro del tubo interior, y el otro por el exterior (fluido por el lado de la carcasa). Son los intercambiadores de calor más utilizados dentro de la industria ya que tienen una amplia variedad de configuraciones en los intercambiadores de calor de tubo y carcasa, depende del desempeño que se desee para reducir la caída de presión y los métodos utilizados para reducir los esfuerzos

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térmicos, prevenir fugas además de un fácil mantenimiento, al igual de soportar las presiones y temperaturas en las cuales estará sometido y evitar la corrosión. Para ello la implementación de un intercambiador de calor es de gran importancia dentro de la gran gama de aplicaciones para estos, ya que podemos determinar la transferencia de calor que se conduce desde el interior hacia el exterior, mediante una secuencia de operaciones, además de aplicar conocimientos básicos de termodinámica y química.

LIMON VALDEZ OSVALDO Un intercambiador de calor es un dispositivo que permite la transferencia de calor de un fluido más caliente a otro de menos caliente y también permite aportar o eliminar calor de un sitio. Las ecuaciones de balance térmico se tienen que plantear para cada fluido. Estado no estacionario situación normalmente sucede cuando se pone en marcha (o se para) una planta o un equipo determinado. Estado estacionario cuando todos los parámetros y corrientes que llegan o salen del equipo (temperatura, presión, caudal, pH) no varían con el tiempo Se pudieron estudiar los modelos para la transferencia de calor propuestos para cada una de las tres formas de transferencia. Se estudió la ley de enfriamiento de Newton, la cual hallada de manera empírica completamente, permite hallar perdidas por calor entre un objeto caliente y el medio, cuando la diferencia en temperaturas es pequeña. El principal inconveniente de ésta ley proviene del hecho, en que involucra procesos de transferencia de calor por conducción, convección y radiación. LUGO BOJORQUEZ LUIS DIEGO En conclusión, entender el comportamiento de un intercambiador de calor nos muestra la idea de cómo es que funcionan cientos de dispositivos y sistemas que vemos y usamos a lo largo de del día. Creando un dispositivo sencillo y funcional se aprecia de manera visual su funcionamiento. Cabe recalcar que se fabricó con materiales reciclados. 33

SILVAS BELTRAN ELVIS ANTONIO Los intercambiadores de calor son dispositivos que permiten transferir el calor de un fluido de mayor temperatura a uno de menor temperatura o vicersa como sucede en los refrigeradores y en los aires acondicionados de los hogares, ciertos dispositivos juegan un gran papel en la vida diaria. Por otra parte los intercambiadores de calor tienen que cumplir con una necesidad en especifico es decir cada intercambiador que se genera es por un suceso en particular, por eso el poder generar un prototipo es de gran ayuda ya que se implementa un análisis en donde se puede ver si el método que se utilizo es el adecuado o se tiene que buscar otro.

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7. BIBLIOGRAFIA Cengel, Y. A. (2011). Transferencia de calor y masa. Mexico, D.F.: Mc Graw Hill. Holman, J. P. (1998). Transferencia de calor. Aravaca, Madrid: Mc Graw Hill. Kreith, F. (2013). Heat Transfer Principles. Washington : Cengage Learning. Nergiza.

(2016).

Radiacion,

Conduccion

y

Radiaccion

.

Obtenido

de

https://nergiza.com/radiacion-conduccion-y-conveccion-tres-formas-detransferencia-de-calor/ V, J. H. (2012). A HEAT TRANSFER . Massachusetts, USA: Phlogiston press.

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