Intercambiadores de Calor. -...

Transferencia de Calor 1

Intercambiadores de Calor.Intercambiadores de Calor.



Los intercambiadores de calor son aparatos que permites el intercambio de calor entre dos fluidos, sin permitir que se mezclen entre si.

En un intercambiador la transferencia de calor suele comprender convección en cada uno de los fluidos y conducción a través de la pared que los separa.

TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALORTIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR

Los intercambiadores se fabrican en diversos tipos, siendo el mas simple el de tubo dobletubo doble .


Intercambiadores de Calor.Intercambiadores de Calor.Tipos de Intercambiadores de Calor.Tipos de Intercambiadores de Calor.

Para tubo doble tipo de flujo paraleloflujo paralelo , tanto el fluido caliente como el frió entra al intercambiador por el mismo extremo y se mueven en la misma dirección.



En tanto tubo doble del tipo contraflujocontraflujo los fluidos caliente y frió entran en el intercambiador por los extremos opuestos y fluyen en direcciones opuestas.



En los intercambiadores compactoscompactos los dos fluidos se mueven perpendiculares entre si y esa configuración de los flujos se le llama de flujo cruzadoflujo cruzado .



(a)Tubos con aletas. (tubos planos, Aletas de placa continua).(b) Tubos con aletas. (tubos circulares, aletas circulares).(c) Tubos con aletas. (tubos circulares, aletas de placa continua).



(d) Aletas de Placa (un solo paso).

(e) Aletas de Placa (multiplazo).



Otro tipo común de intercambiador que se encuentran en las aplicaciones industriales son los de tubos y tubos y corazacoraza .


En el análisis de los intercambiadores de calor resulta conveniente trabajar con un coeficiente de coeficiente de transferencia de calor total transferencia de calor total UU o una resistencia tresistencia t éérmica rmica total Rtotal R expresada como,


COEFICIENTE GLOBAL.COEFICIENTE GLOBAL.

ooii AU

1

AU

1

AU

1R

⋅=

⋅=

⋅=→


Intercambiadores de Calor.Intercambiadores de Calor.Coeficiente Global.Coeficiente Global.

oo

pared

ii Ah

1R

Ah

1R

⋅++

⋅=

oo

pared

ii Ah

1R

Ah

1R

AU

1

⋅++

⋅==

⋅→

en donde los subíndices i y o se refieren a las superficies interior y exterior de la pared que separa los dos fluidos, respectivamente.

∆TAUR

∆TQ ⋅⋅==&


Cuando el espesor de la pared del tubo es pequeño y la conductividad del material del tubo es elevada (Rpared ≈ 0), y la superficie interior y exterior del mismo son casi idénticas (A ≈ Ai ≈ Ao), la ultima relación se simplifica para quedar (U ≈ Ui ≈ Uo),


oi h

1

h

1

U

1 +≈



Cuando el tubo tiene aletas en uno de los lados para mejorar la transferencia de calor, el área superficial para la transferencia de calor total en ese lado queda,

Factor de IncrustaciFactor de Incrustaci óón.n.

Los efectos de la incrustación tanto sobre la superficie interior como sobre la exterior de los tubos de un intercambiador de calor se pueden tomar en cuenta por medio de,

sinAletasAletasAleta AAηA +⋅=



oo0

of,

pared

i

if,

ii Ah

1

A

RR

A

R

Ah

1R

⋅++++

⋅=

en donde Ai y Ao son las áreas de las superficies interior y exterior y Rf,i y Rf,o son los factores de incrustación en esas superficies.



En un intercambiador bien aislado la razón de la transferencia de calor desde el fluido caliente es igual a la razón de la transferencia de calor hacia el fluido frió, es decir,

en donde los subíndices c y h se refieren a los fluidos frió y caliente, respectivamente.

( )entc,salc,pcc TTcmQ −⋅⋅= &&

ANANÁÁLISIS DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALORLISIS DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR

( )salh,enth,phh TTcmQ −⋅⋅= &&


El producto del gasto de masa y del calor especifico del fluido cp, se llama razrazóón de capacidad calorn de capacidad calor íífica (C)fica (C) .

Intercambiadores de Calor.Intercambiadores de Calor.AnAn áálisis de los Intercambiadores de Calorlisis de los Intercambiadores de Calor

pcmC ⋅= &

( )entc,salc,c TTCQ −⋅=→ &

( )salh,enth,h TTCQ −⋅=→ &



MMéétodo de la Efectividadtodo de la Efectividad --ntuntu ..

El método de la efectividadefectividad --NTUNTU es el mas adecuado para predecir la razón de la transferencia de calor y las temperaturas de salida de las corrientes de los fluidos caliente y frió en un intercambiador especifico.

La efectividad de un intercambiador de calor se define como,

calor de ncia transferela de posible maximaRazón

realcalor de ncia transferela deRazón

Q

Qε

max

==&

&



en donde Cmín es el menor de Ch y Cc. La efectividad de los intercambiadores se puede determinar a partir de diversas relaciones y diagramas.

A continuación se dan soluciones graficas para los casos mas comunes.

( )entc,enth,minmax TTCQ −⋅=&

mín.C

AUNTU

⋅≡



Ejemplo 5.1Ejemplo 5.1 ..-- Considere un intercambiador de calor de coraza y tubo donde se tiene dos pasos de tubos. El área (A) de transferencia de calor es de 5 m2 y se sabe que el coeficiente total de transferencia de calor global (U) es de 1200 W/m2K. Si entran por los tubos 10000 kg/h de agua a 25ºC, mientas por la parte de la coraza entran 5000 kg/h de agua a 90ºC, determine las temperaturas del agua a la salida del intercambiador (cp,agua = 4,18 J/gK).

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