Intercambiador de calor de tubos concentricos en contraflujo

INTERCAMBIADORES DE CALOR DE TUBOS CONCÉNTRICOS EN CONTRAFLUJO

Flores C. A, Zamora A. J y Arce V.M.B.

División de Química del Tecnológico de Estudios Superiores de Chimalhuacán, Primavera S/N Col. Santa María Nativitas, Chimalhuacán, Estado de México, C.P. 56330.

Resumen

La necesidad del análisis y observación del funcionamiento de los intercambiadores de calor dentro de los procesos industriales ha tenido un gran auge, gracias a sus numerosos tipos y subtipos. El estudiar el fenómeno de transferencia de calor conlleva sin duda a una experimentación y una fundamentación teórica que lo avalan, mediante una sucesión de pasos, desde la identificación del equipo hasta obtener el coeficiente de transferencia de calor, en esta sección la cual se enfocó en los intercambiadores de tubos concéntricos en contraflujo, se pudo corroborar que efectivamente un intercambiador en contraflujo es más eficiente que uno en paralelo, experimentándolo teórica y prácticamente.

Palabras clave: Intercambiador de calor de tubos concéntricos en contraflujo, Transferencia de calor y nivel laboratorio 

Abstract

The need for analysis and observation of the performance of heat exchangers with industrial processes has been booming, thanks to its types and sub-types of their types. The study of the phenomenon of heat transfer undoubtedly leads to experimentation and theoretical support, through a series of steps, from the identification of the equipment to the heat transfer coefficient. This section focuses on the heat exchanger exchangers. concentric tubes in counterflow, it was possible to corroborate that effectively a counterflow exchanger is more efficient than one in parallel, theoretical and practical experiment

Keywords: Counter flow heat exchanger in concentric tubes, heat transfer and laboratory level

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Introducción

Esta investigación emano de la necesidad de analizar y observar el funcionamiento de los intercambiadores de calor dentro de los procesos industriales, para lo que seán  diseñados, ya que en la gran mayoría utilizan la transferencia de energía en forma de calor, mediante el cual se consiguen ahorros energéticos y máximo aprovechamiento de la energía ya disponible en el sistema. “La transferencia de calor es una ciencia básica que trata de la rapidez de transferencia de energía térmica” (Cengel, 2007); que se produce normalmente desde un objeto con alta temperatura a otro objeto con temperatura más baja.

Ante esta situación los fluidos, por tanto se calentaron o se enfriaron para seguir siendo aprovechados, gracias a los intercambiadores de calor que “Son aparatos para transferir calor desde una corriente fluida caliente a una corriente fluida fría” (Levenspiel, 2004).

Existe una gran variedad de tipos de intercambiadores de calor, a partir de su construcción y operación, tomamos en cuenta que es cuantioso, y solo nos enfocamos en los de tubos concéntricos, que son los intercambiadores de calor más sencillos y “están constituidos por dos tubos concéntricos de diámetros diferentes, uno de los fluidos fluye por el tubo de menor diámetro y el otro fluye por el espacio anular entre los dos tubos” (Romero, Et. Al., 2016), dentro de la sub clasificación de intercambiadores, son posibles dos configuraciones en cuanto a la dirección del flujo; contra flujo y paralelo. A decir de ello, solo nos enfocamos en los fluidos de contraflujo que son “los fluidos que entran por los extremos opuestos y fluyen en sentidos contrarios” (Romero, Et. Al., 2016).

Justificación

Su importancia recalcó, en el poder estudiar el fenómeno de transferencia de calor mediante los intercambiadores con lo cual pudimos conocer como estaban diseñados y como operaban en microescala a nivel laboratorio, y fue así como se entendió y comprendió la funcionalidad para en un futuro, escalarlos a nivel industrial y por lo tanto, poder optimizar procesos.

Una de las grandes aplicaciones de los intercambiadores de calor de tubos concéntricos con configuración en contraflujo, han sido los refrigeradores de motor que “son enfriadores de tubo simple y doble, de fácil limpieza” (Ibera,2017), donde la empresa “Ibera” ha tenido un gran auge por sus significantes características, como sus controles inteligentes de funciones, compresores de velocidad variable y si condensado de bajo mantenimiento, el cual le avalan dos certificaciones por “Interlek” y “under writes” laboratorios, lo que hace que también entren en un gran giro, teniendo una ganancia numerable para México, ya que el apoyo a pequeñas empresas -Pymes-, es benéfica para la economía, porque ayuda a su desarrollo, las pymes en México constituyen el 97% de la población y generan ingresos equivalentes al 23% del Producto Interno Bruto (PIB), en base a la economía Mexicana ( INEGI, 2016).

Objetivo

Se estudió el fenómeno de transferencia de calor mediante un intercambiador de tubos concéntricos

Objetivos específicos

Se identificaron las características y su funcionamiento de un intercambiador de calor de tubos concéntricos en contraflujo.

Se interpretó el coeficiente global de transferencia en forma teórica y experimental.

Metodología  

Se llevó acabo la identificación del equipo de tubos concéntricos como se muestra en la figura 1, posteriormente se colocó agua en el depósito de hot wáter y cold wáter, se encendió el botón de arranque de tina de calentamiento, el botón de paro de agitador y paro de bomba centrifuga,  se esperó hasta que el agua caliente tuviera una temperatura adecuada, se llevó acabo la colocación de las mangueras en configuración contraflujo, paso seguido, se verificaron las temperaturas de los flujos de entrada, registrándolas en la bitácora, y se tomó el tiempo de arranque donde se iba observando la transferencia de calor del fluido en forma  opuesta como se observa en la figura 2 y para finalizar se registraron las temperaturas de salida.

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