Universidad de Buenos Aires Facultad de Ingeniería

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2er Cuatrimestre de 2015

TRABAJO PRACTICO DE TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA

INTERCAMBIADORES DE CALOR

Objetivo Diseño de dos intercambiadores de calor de casco y tubos para ser utilizados en la etapa de

condensación de una central frigorífica.

Introducción

A continuación se dará una breve descripción, a lo que el trabajo respecta, de una central frigorífica. Un esquema de un ciclo frigorífico simple se muestra en la Figura 1:

Figura 1: Ciclo frigorífico por compresión mecánica simple

Básicamente el objetivo del ciclo generar determinadas evoluciones de un fluido, llamado fluido

refrigerante, para obtener el enfriamiento de un medio en el evaporador, gracias al aporte de trabajo mecánico en el compresor. El enfriamiento se logra gracias a la ebullición del fluido

refrigerante que absorbe calor del medio a enfriar. El vapor producido es tomado por el compresor, el que eleva la presión y temperatura de este. Luego el refrigerante vuelve a su

estado líquido en el condensador entregando calor al medio de enfriamiento. En el dispositivo

de control de flujo, el líquido refrigerante sufre una expansión adiabática para nuevamente ingresar al evaporador para obtener el efecto buscado.

En este caso utilizaremos NH3 como fluido refrigerante. Con la ayuda del diagrama T-s podemos

determinar los estados y tipo de evoluciones del refrigerante en su paso por los distintos

equipos del sistema.

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Figura 2: Evolución del refrigerante en un ciclo frigorífico

Centraremos atención en la evolución 4-1 la cual va a ser motivo del presente trabajo.

Como puede observarse, para el funcionamiento de la instalación es necesario llevar los vapores sobrecalentados provenientes del compresor (Condición 4), a un estado de líquido

subenfriado (Condición 1) para poder alimentar a el evaporador y así obtener el efecto frigorífico deseado. Dicha evolución se realiza generalmente en un intercambiador de calor, el

cual puede ser, entre otros, de casco y tubos, placas o aeroenfriador. Generalmente, la

corriente de enfriamiento puede ser agua y/o aire.

En esta ocasión utilizaremos un sistema de intercambiadores de casco y tubos, los cuales

requerirán agua como corriente de enfriamiento. La disposición de los equipos se realizará de la

siguiente manera:

Figura 3: Disposición de los intercambiadores de la etapa de condensación

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Remitiéndonos nuevamente al diagrama T-s, podemos observar que llevar el refrigerante desde la condición 4 a la 1, puede dividirse en 3 evoluciones separadas:

Evolución 4-4’ – Desobrecalentamiento: Descenso de la temperatura del vapor desde T4

a T4’ a presión constante.

Evolución 4’-1’ – Condensación: Es aquí donde el refrigerante cambia de estado de vapor

saturado a líquido saturado a presión y temperatura constante. Evolución 3’-3: Subenfriamiento: Descenso de la temperatura del líquido desde T3’ a T3 a

presión contante.

En el siguiente diagrama podemos observar la evolución de ambas corrientes en su paso por la conjunto de intercambiadores

Figura 4: Evolución de las corrientes en la etapa de condensación

Se pide:

1) Realizar el diseño térmico de los intercambiadores especificando en una hoja de resumen

todas sus características.

2) Realizar un esquema de la disposición de tubos y configuración de los intercambiadores. 3) Solo para la etapa de subenfriamiento, predecir los parámetros de funcionamiento

cuando la temperatura del agua de entrada disminuye 5ºC. Proponer que medidas tomaría si esto ocurriera, para que no se modifiquen las condiciones de salida del líquido

subenfriado.

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Tcond 40 ºC

Tdesc (95+NP) ºC

TAE (29-NP/2) ºC

DTA 10ºC

DTs 5ºCmNH3 (4500+50·NP) kg/h

Datos

Salto térmico total del agua

Temperatura del agua de entrada

Subenfriamiento

Caudal de NH3

Agua de torre tratada

Amoníaco - NH3

Corriente de servicio:

Corriente de proceso:

Temperatura de condensación

Temperatura de descarga

Datos

Nota:

NP= Ultimo número de padrón.

Cuando trabajan 2 integrantes (2 COMO MAXIMO, SIN EXCEPCIÓN), NP es el promedio

de los últimos números de padrón de ambos. La temperatura de descarga se refiere a la salida del compresor T4

ATENCION:

Los alumnos que hayan aprobado el examen parcial en la primera instancia, podrán

rendir el coloquio integrador sin tener aprobado el TP. Luego, para conservar la nota obtenida en el examen deberán tener aprobado el trabajo práctico antes del

01/03/2016.

Quién no haya aprobado el exámen parcial en la primera instancia, para presentarse

al Coloquio Integrado, el trabajo práctico deberá estar aprobado con 48 hs de

anticipación a la fecha de examen. Quien no cumpla con esta condición NO ESTARA EN CONDICIONES DE RENDIR.

Recomendamos que la entrega definitiva sea por lo menos de 10 días antes a la fecha

de examen a la que el alumno desea presentarse, o de la que la Facultad pone como

límite para la aprobación de los trabajos prácticos. NO SE REALIZARAN

CORRECCIONES A ULTIMO MOMENTO.

En el momento de la entrega definitiva, cada integrante deberá poder defender todos

los puntos del trabajo, ya que el mismo es uno en su totalidad y no la suma de 2 partes que se hicieron por separado.