Laboratorios virtuales practica 10x

UNIVERSIDAD ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIA E INGENIERIA PROGRAMA DE CIENCIAS BASICASTRANSFERENCIA DE CALOR 211611-6PRCTICAS VIRTUALESPRESENTADO PORNANCY CATALINA MON Cdigo 43.153.728TUTOR:CARLOS GERMAN PASTRANA BONILLAINGENIERIA DE ALIMENTOS MAYO2015PRACTICA No 10 INTERCAMBIADOR DE CALOR A DOBLE TUBOOBJETIVO GENERALEstudiar el funcionamiento de un intercambiador de calor de doble tubo.OBJETIVO ESPECFICODeterminar el efecto que tiene sobre el desempeo de un intercambiador de calor el caudal de fluido de proceso.Determinar el coeficiente global de transferencia de calor para el intercambiador de calor. Estimar el coeficiente de transferencia de calor para el agua yogurt.INTRODUCCINEn el proceso de produccin de yogurt, en la etapa de pasterizacin; el fluido es bombeado hacia un intercambiador de doble tubo para disminuir su temperatura hasta los 4C .Para el fenmeno de transferencia de calor asociado con el yogurt generalmente se utiliza un intercambiador de placas; sin embargo el intercambiador de doble tubo tambin puede cumplir con esta funcin. En la presente prctica se analizara el funcionamiento de este tipo de intercambiador en la etapa mencionada dentro de la produccin de yogurt.PROCEDIMIENTOEl usuario debe variar el caudal de yogurt y hacer lectura del flujo de agua requerido y sutemperatura de salida para generar la informacin necesaria para

estimar el coeficienteconvectivo de transferencia de calor del yogurt y el efecto que el caudal tiene sobre l.LISTA DE EQUIPOSIntercambiador de calor de doble tuvo. Bomba de yogurtVARIABLES DE ENTRADACaudal del yogurt que ingresa al intercambiador.VARIABLES DE SALIDACaudal de agua requerido. Temperatura de salida del agua de enfriamiento.Tabla de Variables

PARMETROS DE OPERACIN Y EQUIPOSDESARROLLO DE PRCTICAFUNDAMENTO TERICOTubos concntricos o doble tuboLos intercambiadores de calor de tubos concntricos o doble tubo son los ms sencillos que existen. Estan 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.Los intercambiadores de calor de tubos concntricos o doble tubo pueden ser lisos o aleteados. Se utilizan tubos aleteados cuando el coeficiente de transferencia de calor de uno de los fluidos es mucho menor que el otro. Como resultado el rea exterior se amplia, siendo sta ms grande que el rea interior.El tubo con aletas transversales representado a continuacin, se utiliza cuando la direccin delfluido es perpendicular al tubo.11 Fuente: http://epsem.upc.edu/~intercanviadorsdecalor/castella/tubs_concentrics.htmlEste es el inicio de secuencia para dar el arranque a la simulacin.

CLCULOS

Practica: Intercambiador de calor de doble tuboUsuario: Mon Garca Nancy CatalinaFecha: Martes 05/Mayo/2015 - 21:42:58EntradaSalida

Caudal de yogurth (kg/h)Flujo de agua (kh/h) Temperatura de salida el agua (K)

1500 578,37 290,351800 762,49 288,262100 979,4 286,332400 1236,82 284,512700 1545,12 282,783000 1918,62 281,14

GRFICAS

2250200017501500125010007505002500

Caudal Entrada vs Flujo Enfriamiento1500 1800 2000 2500 2800 3000CAUDAL DE ENTRADA DE YOGURT (kg/h)

Flujo Agua292290288286284282280278276

Caudal Entrada vs Temperatura Salida de Aguade EnfriamientoTemperatura salida1500 1800

2000 2500 2800 3000

CAUDAL DE ENTRADA DE YOGURT (kg/h)FRMULAq = W1 Cp1 (T1i -T10)q = W2 Cp2 (T20 - T2i)Si alguno de los fluidos tiene un cambio de fase:q = W Hcambio de faseDonde (con unidades del Sistema Internacional (SI)):q = calor que se transmite de un fluido a otro (J/s)W1 = caudal msico del fluido caliente (1) (Kg/s)W2 = caudal msico del fluido fro (2) (Kg/s)Cp1= capacidad calorfica del fluido caliente (1) (J/KgK)T10 = temperatura final del fluido caliente (1) (K) T 2i = temperatura inicial del fluido fro (2) (K) T20 = temperatura final del fluido fro (2) (K)Hcambio fase= entalpia del fluido con cambio de fase (J/Kg)

Balance de EnergaQ = m*Cp*(T1 T2) (1)Calculo de temperatura media logartmicaLMTD = (t_2-t_1)/Ln(t_2t_1 ) (2) Donde:t_1= T2 t1t_2= T1 t2Calculo dimetro equivalente en anuloDc = (D22 D12) (4) Donde:D1: Dimetro externo tubo interno D2: Dimetro interno tubo externo Clculo velocidad de flujo msico Ga = W/aa (5)Clculo nmero de ReynoldsRe = (D_c*G_a)/ (6)Coeficiente de pelcula para los fluidos ignorando el factor de correccin por viscosidad. (h_i*D)/k=0.027*R_e^0.8*P_r^(13) (7)Correccin de coeficiente de pelcula. hio = hi * DI/DE [8]Calculo de coeficiente total de calor limpio. Uc = (h_io h_o)/(h_io+h_o ) [9]Calculo superficie requerida para la transferencia de calor. A = Q/(U_D*MLTD) [11]CALCULO CAIDA DE PRESION Calculo factor de friccin.f = 0.0035 + 0.264/(R_e^0.42 ) (12) Calculo de prdidas de presin por friccinFa = (4*f*G_a^2*L)/(2*g*^2*D_e^r ) [13] Calculo dimetro equivalente para la cada de presin. D_e^r=D_2-D_1 [14]Calcula de prdidas de presin por entrada y salida para el anulo.f_l=n(v^2/(2*g)) [15]Calculo perdida de presin total para el anulo.Pa = (Fa + Fl) * [16]Segn datos arrojados a medida que se aumenta el caudal de yogurt que ingresa al intercambiador, el flujo de agua de enfriamiento requerida para el proceso aumenta y la temperatura de salida de la misma disminuye. Esto significa que el caudal de entrada es directamente proporcional con el flujo de agua para enfriamiento en inversamente proporcional con la temperatura de salida del agua.Otro anlisis frente a la temperatura de salida del agua a medida que se aumenta el caudal de yogurt la temperatura disminuye, as que tendremos un alto flujo de agua a baja temperatura con el aumento del caudal de yogurt. Y con respecto a los datos puestos de 1500 a 3000 kg/h los datos de temperatura disminuyeron de 0,72 a 0,54 K; la disminucin de temperatura nos demuestra un mejor rendimiento de enfriamiento del yogurt; y estos resultados de disminucin lo observamos claramente en la grafica caudal de yogurt vs T de salida del agua, ya que se muestra una lnea recta con inclinacin negativa.Muestra un aumento semi parablico en el flujo del agua. Este flujo de agua se hace con el fin de bajar la temperatura del reactor y as mismo del fluido circulante por los tubos internos, el cual en este caso sera el yogurt despus de su respectiva pasteurizacin.Los porcentajes no sobrepasan el 50% del caudal usado, solo hasta los 2500 kg/h usados, ya que a medida que se aumenta el caudal, aumenta el flujo de agua por los tubos concntricos externos; tambin podemos decir que va aumentando un 1,1% por cada 100 kg/h aumentados y luego se acrecienta.En si se puede decir que en esta prctica se presenta la transferencia de calor por conduccin, donde la temperatura fra del agua permite bajar la temperatura caliente del yogurt, mostrando un equilibrio trmico por contacto directo.Como resumen de la prctica en el proceso de produccin de yogurt, en la etapa de pasterizacin; el fluido es bombeado hacia un intercambiador de doble tubo para disminuir su temperatura hasta los 4C .Para el fenmeno de transferencia de calor asociado con el yogurt generalmente se utiliza un intercambiador de placas; sin embargo el intercambiador de doble tubo tambin puede cumplir con esta funcin.Y frente a la conveccin que nos presenta la prctica existe movimiento del fluido a nivel macroscpico mientras que en la conduccin existe movimiento a nivel microscpico, atmico o molecular, pero no a nivel macroscpico, entendiendo como nivel macroscpico movimiento de volmenes relativamente grandes del fluido. La transferencia de calor por conveccin depende de las propiedades del fluido, de la superficie en contacto con el fluido y del tipo de flujo. En cualquier caso, la velocidad de transferencia de calor por conveccin siempre es proporcional a la diferencia de temperatura entre la superficie y el fluido.BIBLIOGRAFA CIBERGRAFAPastrana, C.; Fonseca V. Bogot 2010. Gua Componente Prctico transferencia de Calor. UNAD. Fuente: http://datateca.unad.edu.co/contenidos/301219/guia_laboratorios_calor.pdf. Recuperado Mayo 2015.Fundamento terico de las prcticas. UNAD Laboratorio virtual. Fuente: http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211611/Fundamento_Teorico_de_las_practicas.pdf. Recuperado Mayo 2015.Manual de Usuario para el software VirtualPlant 2. Fuente: http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211611/Manual_de_Usuario_Final_Virtual_Plant_1_.pdf. http://plantasvirtuales.unad.edu.co/. Recuperado. Mayo 2015.Universidad Politcnica de Catalua. Intercambiadores de calor. Tipos de intercambiadores de calor. Tubos concntricos o doble tubo. Fuente: http://epsem.upc.edu/~intercanviadorsdecalor/castella/tubs_concentrics.html. Recuperado. Mayo2015.

d

FLUJO DE AGUA ENFRIAMIENTO

(kg/h)

TEMPERATURA DE SALIDA DE AGUA

(k)