Practica N° 02: EVALUACION DE INTERCAMBIO DE CALOR

I. INTRODUCCION

En las industrias de proceso, la transferencia de calor entre dos fluidos casi siempre se

lleva a cabo en intercambiadores de calor. El tipo más común es uno en el cual el fluido

caliente y el frío no entran en contacto directo el uno con el otro, sino que están

separados por una pared de tubos o una superficie plana o curva. La transferencia de

calor se efectúa por convección desde el fluido caliente a la pared o la superficie de los

tubos, a través de la pared de tubos o placa por conducción, y luego por convección al

fluido frío.

El objetivo de esta sección es presentar los intercambiadores de calor como dispositivos

que permiten remover calor de un punto a otro de manera específica en una determinada

aplicación

Como hemos mencionado, un intercambiador de calor es un componente que permite la

transferencia de calor de un fluido a otro fluido. Entre las principales razones por las que

se utilizan los intercambiadores de calor se encuentran las siguientes:

Calentar un fluido frío mediante un fluido con mayor temperatura.

Reducir la temperatura de un fluido mediante un fluido con menor temperatura.

II. OBJETIVOS

III. FUNDAMENTO TEORICO

III.1 Generalidades

La Transferencia de calor es la energía en tránsito debido a una diferencia de

temperaturas en un cuerpo o entre cuerpos diferentes.

Siempre que exista una diferencia de temperatura, la energía se transfiere de la

región de mayor temperatura a la de menor temperatura. De acuerdo con los

conceptos de la Termodinámica, la energía que se transfiere como resultado de una

diferencia de temperatura es el calor (YUNUS A. CENGEL, 2004).

Las leyes de la termodinámica tratan de la transferencia de energía, pero sólo

se aplican a sistemas que están en equilibrio (pueden utilizarse para predecir

la cantidad de energía requerida para modificar un sistema de un estado de

equilibrio a otro), pero no sirven para predecir la rapidez (tiempo) con que

pueden producirse estos cambios.

La transferencia de calor, complementa los principios termodinámicos,

proporcionando métodos de análisis que permitan predecir esta velocidad de

transferencia térmica.

III.2 Transmisión de Calor Por Conducción

La conducción, es el único mecanismo de transmisión de calor posible en los medios

sólidos opacos, cuando en estos cuerpos existe un gradiente de temperatura. El calor

se trasmite de la región de mayor temperatura a la de menor temperatura, debido al

movimiento cinético o el impacto directo de las moléculas como en el caso de los

fluidos en reposo o por el arrastre de los electrones como sucede en los metales.

La ley básica de la conducción del calor (Joseph Fourier), establece: “La tasa de

transferencia de calor por conducción en una dirección dada es proporcional al área

normal a la dirección del flujo de calor y al gradiente de temperatura en esa dirección”

(J, 1974).

Qx=−K∗A ∂T∂ x

Dónde:

Qx= Tasa de flujo de calor a través del área A en la dirección positiva.

k = Conductividad térmica

A = área de sección transversal de la transferencia de calor

∂T∂x

= gradiente de temperatura

Suponiendo que el intercambiador ha llegado a las condiciones de estado estable y

que no existen pérdidas de calor hacia el exterior, se tiene que el calor entregado por

el fluido caliente y recibido por el fluido frío está dado por la siguiente ecuación:

Q=−mc∗Cpc∗∆Tc=mf∗Cpf∗∆Tf

III.3 Variación de la Temperatura

Muestra un intercambiador sencillo monotubo por la parte superior de la coraza entra el

fluido caliente y por el tubo concéntrico entra el fluido frío. La figura 3.5 (b) muestra la

variación de temperatura a través de la pared del tubo y el circuito térmico

correspondiente. El calor fluye por convección a través del fluido caliente, por conducción

a través de la pared del tubo y por convección al fluido frío. Como resultado de este

proceso, la temperatura del fluido frío se eleva a medida que éste gana energía a su paso

por el tubo y el fluido caliente disminuye su temperatura a medida que éste pierde energía

a su paso por el tubo (KREITH FRANK, 2001).

Figura N° 01: (a) Esquema de un intercambiador. (b) Variación de temperatura a

lo largo del intercambiado

III.4 Materiales

Vasos precipitados: Es un recipiente cilíndrico de vidrio fino que se utiliza

muy comúnmente en el laboratorio, sobre todo, para preparar o calentar

sustancias y traspasar líquidos. 

Termómetro: Un termómetro es un instrumento que mide la temperatura de

un sistema en forma cuantitativa. Una forma fácil de hacerlo es

encontrando una sustancia que tenga una propiedad que cambie de

manera regular con la temperatura.

IV. MATERIALES

IV.1 Materiales

Vaso Precipitado 600 ml.

Vaso Precipitado 100 ml.

Vaso Precipitado 100 ml.

Cocinilla.

Termómetro.

V. PROCEDIMIENTO

V.1Muestras:

Muestra 1: 150 ml de agua caliente.

Se calentó 150 ml de agua hasta que alcance una temperatura de 80 °C.

Luego se vertió el agua fría (temperatura ambiente), en un vaso precipitado

más grande, luego se introdujo un vaso precipitado más pequeño, hasta

que ambos sustancias entren en equilibrio.

Luego de que alcancen un equilibrio se hizo la toma de temperaturas

correspondientes.

Muestra 2: 80 ml de agua fría.

Se calentó 80 ml de agua hasta que alcance una temperatura de 80 °C.

Luego se vertió el agua fría (temperatura ambiente), en un vaso precipitado

más grande, luego se introdujo un vaso precipitado más pequeño, hasta

que ambos sustancias entren en equilibrio.

Luego de que alcancen un equilibrio se hizo la toma de temperaturas

correspondientes.

VI. RESULTADOS

VII. CONCLUSIONES

VIII. RECOMENDACIONES

Para poder obtener datos exactos de la temperatura de ambos fluidos, se debe

agitar constante para que ambos fluidos estén equilibrio

IX. BIBLIOGRAFIA

J, C. A. (1974). Fundamentals de Heat Transfer. america: Macmillan Publishing Company.

KREITH FRANK, B. M. (2001). Principios de Transferencia de Calor. Mexico: Thomson Learning.

LIENHARD JHON H, Heat Transfer . U.S.A. Published Phlogiston

MANRIQUE VALDEZ JOSE ANGEL, Transferencia de Calor. Mexico Oxford Univertity Press

YUNUS A. CENGEL, Y. (2004). Transferencia de calor. Mexico: McGraw Hill.