UNIVERSIDAD TECNOLGICA EQUINOCCIAL

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERA

ESCUELA DE INGENIERA INDUSTRIAL Y DE PROCESOS

ASIGNATURA: PROCESOS INDUSTRIALES

REALIZADO POR: REN FERNANDO LOZADA

FECHA: 2015-04-01

TEMA: RESUMEN DE LAS LECTURAS INTERCAMBIADORES DE CALOR Y TIPOS DE

INTERCAMBIADORES DE CALOR CORRESPONDIENTES A LAS SESIONES 2 Y 3.

Intercambiadores de Calor.

Los intercambiadores de calor, son aparatos o mquinas que permiten el flujo de energa calrica o

intercambio de calor de un fluido a otro, con la finalidad de obtener una variacin en su temperatura sin

necesidad de que se mezclen entre s.

Estos equipos son de uso muy comn, tanto que incluso tienen aplicaciones domsticas, un ejemplo de

intercambiador de calor domstico es el sistema de aire acondicionado, o de calefaccin. Cabe recalcar

sin embargo que la mayor aplicacin de estas mquinas est en el mbito industrial. Tiene una gran

diferencia con las cmaras de mezclado, puesto que stas mquinas al contrario de las cmaras de

mezclado evitan que dos fluido a diferentes temperaturas entren en contacto.

Es importante considerar que la transferencia de calor en estos equipos ser siempre desde el fluido que

se encuentra a mayor temperatura al de menor temperatura. Comprendiendo que el proceso de

transferencia en los intercambiadores usualmente comprende conveccin de la tubera al fluido y

viceversa y conduccin cuando la transferencia es de pared interna a pared externa de la tubera.

Resulta muy relevante el considerar todos los factures que influyen en este proceso por lo cual resulta

necesario trabajar con un coeficiente total de transferencia de calor U.

Donde

= 2.

TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR

Las distintas aplicaciones de la transferencia de calor requieren diferentes tipos de componentes y

configuraciones del equipo para dicha transferencia.

El tipo ms sencillo y comn de intercambiador de calor, es el intercambiador de doble tubo, el cual est

compuesto por un tubo delgado por el que circular la corriente de fluido fro, y un tubo de dimetro ms

grande por el que circular la corriente de fluido ms caliente y ser por lo tanto el que haga la

transferencia de calor, se los conoce tambin como tubos concntricos. Cabe recalcar que en este tipo de

intercambiadores es posible tener dos tipos de flujos, el flujo paralelo en el que las dos corrientes fluyen

en la misma direccin, y el contraflujo en que las corrientes fluyen en direccin opuesta.

Otro tipo de intercambiador de calor es el compacto, este intercambiador en particular se caracteriza por

generar una gran rea de contacto superficial, para lograr la trasferencia. La razn entre el rea

superficial de transferencia de calor de un intercambiador y su volumen se llama densidad de rea . Un

intercambiador con rea de volumen de contacto > 700 2 3 , se considera como intercambiador

compacto. Ejemplo de esta variedad son los radiadores de los vehculos. Al tener un espacio pequeo de

circulacin del fluido, se pueden considerar como flujo laminar. En estos intercambiadores los fluidos se

conducen de lanera perpendicular entre s, y a esta configuracin se le conoce como flujo cruzado o

tambin no mezclado o mezclado.

Otro tipo de intercambiador que es muy comn en las aplicaciones industriales es el de tubos y coraza, el

cual consiste en un gran nmero de tubos empacados en una carcasa, con sus ejes en posicin paralela

al de la carcasa. La transferencia tiene lugar cuando uno de los lquidos fluye por dentro de los tubos,

mientras que el otro por fuera de ellos en el espacio interno de la coraza. Dentro de esta variedad existe

otra clasificacin de intercambiadores de tubos y coraza, la diferencia la hace la configuracin de los

tubos que forman una u dentro de la coraza, esta configuracin puede ser de un paso por el tubo y dos

pasos por la coraza, o dos pasos por el tubo y cuatro por la coraza.

Otro tipo de intercambiador es el de placas y armazn, su configuracin est dada por una serie de

placas con pasos corrugados. Las corrientes fluyen en pasos alternados, de modo que cada corriente de

fluido fro, pasa por dos corrientes de fluido caliente.

Otro tipo de intercambiador de calor es el regenerativo, el cual tiene a su vez dos variedades. Cabe

recalcar que el intercambiador regenerativo esttico es una masa porosa que tiene una gran capacidad de

almacenamiento de calor, las corrientes fluyen a travs de l de manera alternada. Por su parte el

regenerador del tipo dinmico consta de un tambor giratorio y se establece un flujo continuo del fluido

caliente y del fro a travs de partes diferentes de ese tambor, de modo que diversas partes de este ltimo

pasan peridicamente a travs de la corriente caliente, almacenando calor, y despus a travs de la

corriente fra, rechazando este calor almacenado.

El Coeficiente Total De Transferencia De Calor.

Comnmente en un intercambiador dos fluidos estn separados por una pared slida y la transferencia

de calor se hace del fluido ms caliente al ms fro. Para lograr esta transferencia primero debe el fluido

transferir el calor a la pared por conveccin luego debe conducirse a travs de la pared por conduccin, y

por ltimo la pared debe transferir el calor hacia el fluido nuevamente por conveccin. Cabe notar que

todos los efectos de la resistencia trmica comprendidas por la resistencia de conveccin y de

conduccin, en el caso de un intercambiador de doble tubos, seran:

=

(|)2

Donde k es el coeficiente de conductividad trmica del material y L la longitud del tubo.

Entonces la resistencia trmica total es:

Rtotal= Ri + Rpared + Ro = 1

(I)+

(|)

2 +

1

(o)

Ai y Ao son las reas superficiales de la pared de separacin mojada por los fluidos interior y exterior,

respectivamente. Cuando uno de los fluidos fluye adentro de un tubo circular y el otro afuera de ste, se

tiene Ai= DiL y Ao= DoL.

En el anlisis de los intercambiadores de calor resulta conveniente combinar todas las resistencias

trmicas que se encuentran en la trayectoria del flujo de calor del fluido caliente hacia el fro en una sola

resistencia R y expresar la razn de la transferencia de calor entre los dos fluidos como:

=

Cabe recalcar que cuando la pared del tubo es pequea, y la conductividad trmica del material es alta, la

resistencia es despreciable, por tanto Rpared 0. Entonces la ecuacin de factor de transferencia sera:

1

=

1

(I) +

1

(o)

Factor de incrustacin.

El rendimiento de los intercambiadores de calor suele deteriorarse con el paso del tiempo como resultado

de la acumulacin de depsitos sobre las superficies de transferencia de calor. La capa de depsitos

representa una resistencia adicional para esta transferencia y hace que disminuya la razn de la misma

en un intercambiador.

El tipo ms comn de incrustacin es la precipitacin de depsitos slidos que se encuentran en un fluido

sobre las superficies de transferencia de calor. El lector puede observar este tipo de incrustacin incluso

en su casa. Si revisa las superficies interiores de su tetera despus de un uso prolongado, es probable

que advierta una capa de depsitos de calcio sobre las superficies en las cuales ocurre la ebullicin. Esto

se presenta en especial en zonas en donde el agua es dura.

Otra forma de incrustacin, la cual es comn en la industria de procesos qumicos, es la corrosin y otra

la incrustacin qumica. En este caso las superficies se incrustan por la acumulacin de los productos de

las reacciones qumicas sobre ellas Los intercambiadores tambin pueden incrustarse por el crecimiento

de algas en los fluidos calientes. Este tipo de incrustacin se conoce como incrustacin biolgica y se

puede impedir mediante el tratamiento qumico.

El factor de incrustacin depende de la temperatura de operacin y de la velocidad de los fluidos, as

como de la duracin del servicio. La incrustacin se incrementa al aumentar la temperatura y disminuir la

velocidad.

Es necesario considerar el coeficiente total de transferencia de calor, debido a que ciertamente este

sufrir tambin una variacin por el efecto de las incrustaciones en el interior y exterior de un tubo.

Considerando un intercambiador de tubos y casco esta relacin se puede expresar como:

1

=

1

=

1

= =

1

+

2

+

ln (

)

2+

+1

en donde Rf, i y Rf, o son los factores de incrustacin en esas superficies.i

i engel, Y. y. (2011). Transferencia de calor y masa. Mxico: McGRAW-HILL.