Este documento describe un experimento realizado por estudiantes para medir el coeficiente de transferencia de calor en un intercambiador de calor de tubos concéntricos en configuraciones paralela y contracorriente. El documento explica las partes del intercambiador de calor, los cálculos realizados, y concluye que solo los resultados en configuración contracorriente son consistentes debido a la conservación de la energía.

1. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGIA
Laboratorio de Bioingeniería
MEDICIÓN DE COEFICIENTES DE TRANSFERENCIA DE
CALOR EN GEOMETRÍAS SIMPLES
ALUMNOS: PICASSO MUÑOZ DANIEL
VARGAS AVILA ENRIQUE
DE LA VEGA SEGURA KAROL
SAUZA CONTRERAS JESSICA BERENICE
ADRIAN CANEK GUZMÁN GUZMÁN
LOPEZ ESPARZA VICTOR ADRIAN
EQUIPO: 5 GRUPO: 5AM1

2. Objetivos
Conocer equipos que se fundamentan en la transferencia de calor
Conocer las partes principales de los intercambiadores
concéntricos
Analizar la influencia del arreglo en paralelo y en contracorriente
sobre el coeficiente global de transferencia de calor.
Discutir sobre los parámetros que influyen en la evaluación
experimental del coeficiente global.

3. Introducción
Un intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para transferir calor
entre dos medios, que estén separados por una barrera o que se encuentren en
contacto. Son parte esencial de los dispositivos de refrigeración, acondicionamiento
de aire, producción de energía y procesamiento químico.
Los intercambiadores de calor pueden clasificarse según como sea:
Intercambiadores de contacto directo:
son aquellos dispositivos en los que los
fluidos sufren una mezcla física completa.
Intercambiadores de contacto indirecto:
-Alternativos: ambos fluidos reconocen
un mismo espacio de forma alternada,
la mezcla entre los fluidos es despreciable.
- De superficie: son equipos en los que la
transferencia de calor se realiza a través
de una superficie, cilíndrica o plana, sin
permitir el contacto directo.

4. Graficas de flujo contracorriente y Paralelo

5. Diagrama de bloques
Siguiendo las Introducir las resistencias al
instrucciones del recipiente de agua , Registrar la
profesor, armar el suspender el calentamiento temperatura inicial
intercambiador de hasta llegar a la temperatura del fluido caliente
calor como lo ilustra. que indique el profesor
Conectar las Conectar las
Medir con la ayuda bombas sumergibles mangueras al
de una probeta y Registrar la
para que alimente temperatura de intercambiador de
un cronometro la al interior del tubo calor para que el
cantidad de fluido entrada el fluido
del intercambiador frío. fluido frío
caliente (agua) que de calor. Iniciar el circule por el
circula en un funcionamiento de exterior de los
determinado ambas fluidos tubos.
tiempo en el de manera que se
intercambiador de provoque el
calor. intercambio de
calor.

6. CÁLCULOS
∆T← − ∆T→
∆Tln =
 ∆T← 
ln ∆T 
 →
Q
U=
∆Tln ⋅ A

7. Cálculos
Tfinal
En un
= m

Q
M ∫ C dT
Tinicial
p intercambiador
aislado, y en
C p = 276370-2090.1T + 8.125T 2
estado
-0.014116 T 3 + 9.3701 ⋅10- 06 T 4 estacionario..
El calor cedido por el fluido cuya temperatura
disminuye
Debe ser el mismo que el calor absorbido por el
fluido cuya temperatura aumenta

8. Análisis de unidades
J
U [ =]
seg
[ =] W
m2 K m2 K
K −K Diámetro interno:0.0138m
LMDT [ =] [ =] K
K Longitud del intercambiador de calor:1.08 m
In 
K
Área de transferencia de calor: 0.0468 m²
W J
Q[ =] * m 2 * K [ =]
m2 K s
ml
Gv[ =]
seg

9. Datos y Cálculos
Fluido cuya temp disminuye
Δm/ Δt en Q cedido en
T ↑ en K T ↓ en K ΔV en mL Δt en seg
kg/s J/s
324.15 318.15 360 2.96 0.122 3047.7
324.15 315.15 490 2.48 0.198 7426.6
Contraflujo
324.15 321.15 470 3.29 0.143 1790.0
324.15 315.15 375 2.33 0.161 6049.5
Promedio:
324.15 317.4 423.75 2.765 0.156 4578.5
324.15 314.15 325 2.05 0.159 6621.2
Paralelo
324.15 314.15 325 2.34 0.139 5800.6
Promedio
324.15 314.15 325 2.195 0.149 6210.9

10. Datos y Cálculos
Fluido cuya temp aumenta
Q cedido en Δm/ Δt en Q absorbido en
T ↑ en K T ↓ en K ΔV en mL Δt en seg
J/s kg/s J/s
3047.7 300.15 294.15 340 2.74 0.124 3116.2
7426.6 300.15 294.15 340 2.74 0.124 3116.2
1790.0 300.15 294.15 340 2.74 0.124 3116.2
6049.5 300.15 294.15 340 2.74 0.124 3116.2
4578.5 300.15 294.15 340 2.74 0.124 3116.2
6621.2 296.15 294.15 270 3.16 0.085 715.6
5800.6 300.15 294.15 325 3.39 0.096 2407.6
6210.9 298.15 294.15 297.5 3.275 0.091 1561.6

11. Datos y Cálculos
∆T ← en ∆T → en LMDT Q prom en U en J s -1 m -2
K K en K J/s K -1
24 24 24.00 3082.0 2742.6
24 21 22.47 5271.4 5011.1
24 27 25.47 2453.1 2057.0
24 21 22.47 4582.9 4356.6
24 23.25 23.62 3847.3 3478.3
30 18 23.49 3668.4 3335.1
30 14 20.99 4104.1 4175.2
30 16 22.27 3886.2 3726.7

12. Resultados

13. Análisis

14. Describa las partes principales del intercambiador de tubos
concéntricos (haga un diagrama de flujo)

15. Conclusiones
 Solo se tiene un conjunto de mediciones congruentes
puesto que:
 Solo en este, coincide el calor intercambiado entre los fluidos
 El que no lo haga implica que
 No hay conservación de la energía ó
 Hay pérdidas muy grande por el tubo exterior
 Por lo cual, no aplicaría el modelo utilizado

16. Lo que debió ser y porqué
Se determino el coeficiente global de transferencia de calor en un intercambiador de
calor de tubos concéntricos en arreglos paralelo y en contracorriente.
En el primer arreglo mencionado tenemos menor transferencia de calor debido a:
• Mayor tiempo de contacto (ya que inician al mismo tiempo)
• Mayor convección (suponiendo películas de líquido que transfieren calor
hacia el material<<tubería>>)
• Mayor caida de temperaturas, debido a la conducción del material
• LMTD mas bajo, por lo tanto hay menor transferencia de calor con
respecto al coeficiente global de transferencia de calor.
• Por lo tanto este arreglo es conveniente si se quiere tener una perdida
de calor por convección.
.

17. Lo que debió ser y porqué
En el segundo arreglo mencionado tenemos mayor transferencia de calor
debido a:
• Menor tiempo de contacto (ya que inician a destiempo por lo
cual no interactúan desde el inicio del sistema
• Mayor convección (suponiendo películas de líquido que
transfieren calor hacia el material<<tubería>> en forma de
fricción aumentando temperatura)
• LMTD alto, por lo tanto hay mayor transferencia de calor con
respecto al coeficiente global de transferencia de calor.
• Por lo tanto este arreglo es conveniente si se quiere tener una
ganancia de calor por convección.
.

18. Discute que significa el factor de incrustación y como afecta en el
rendimiento del intercambiador de calor.
• El valor de incrustación tiene un significado que puede
variar con el paso del tiempo porque
• se acumulan depósitos sobre las superficies
• incrementan la resistencia térmica
• disminuyen la velocidad de transferencia de calor
• provocando de esta manera que se requiera mas
tiempo para completar el proceso.
• Predecir el rendimiento de un intercambiador de calor,
es esencial al relacionar la transferencia total de calor
con cantidades como el coeficiente global de
transferencia de calor.

19. ¿Cuál es la importancia de conocer el coeficiente global de
transferencia de calor?
El coeficiente de transferencia de calor es importante
porque nos proporciona la cantidad total de calor
transferido cuando se multiplica este por área de la
superficie del exterior del tubo y T.

20. Bibliografía
Procesos de Transferencia de Calor; Donald Q. Kern; CECSA;
México; 1999; pp. 111-119 , 159-208.
Transferencia de Calor; J. P. Holman; CECSA; México; 1999;
pp.
Heat & Mass Transfer, A Prectical Aproach, Yunus A. Cengel

21. GRACIAS POR
SU ATENCIÓN