ESCUELA ACADEMICA PROFECIONAL DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL
CURSO : Operaciones Unitarias de Productos Agroindustriales I
INTEGRANTES : CABALLERO
RIVERA EDERSON ESPINOZA EUSEBIO LISETTE LÓPEZ MARTÍNEZ JOSÉ ÁVALOS FREDY FR EDY LUDEÑA ÁVALOS PALMA ROSAS EMILY
Describir Describir y conocer los tipos tipos básicos de intercambiadores intercambiadores de calor y clasificarlos, clasificarlos, indicando sus aplicaciones principales. intercambiadores de calor. Realizar un análisis general acerca de la energía en los intercambiadores
Conocer las consideraciones principales en la selección de los intercambiadores de calor.
Son aparatos que facilitan el intercambio de calor entre dos fluidos que se encuentran a diferentes temperaturas, y no permiten que los fluidos se mezclen.
En un intercambiador de calor la transferencia de calor puede ser por convección en cada fluido y conducción a través de la pared que los separa.
En el análisis de intercambiador de calor resulta conveniente trabajar con un coeficiente de transferencia de calor total U que toma en cuenta la contribución de todos estos efectos sobre dicha transferencia.
1
En este tipo de intercambiador uno de los fluidos pasa por el tubo más pequeño, en tanto el otro lo hace por el espacio anular entre los dos tubos.
•
Los dos fluidos, el frío y el caliente,
entran
al
intercambiador por el mismo extremo y se mueven en la misma dirección.
•
Fluidos que entran al intercambiador extremos fluyen
en
opuestos
los y
direcciones
opuestas.
FLUJO PARALELO
por
CONTRAFLUJO
2
. Diseñado para lograr un gran área superficial de transferencia de calor por unidad de volumen. Un intercambiador con β > 700m2/m 3 se clasifica como compacto. Donde β: es la densidad de área.
Es cuando en los intercambiadores compactos los dos fluidos pueden moverse de manera perpendicular entre sí.
Se clasifican en : FLUJO NO MEZCLADO
FLUJO MEZCLADO
3
Tipo más común en las aplicaciones industriales. Contienen varios números de tubos empacados en
un casco con sus ejes paralelos a este. La transferencia de calor tiene lugar a medida que
uno de los fluidos se mueve por dentro de los tubos, en tanto que el otro se mueve por fuera de estos, pasando por la coraza. No es recomendable su uso en automóviles y aviones
debido a que su peso y tamaño son relativamente grandes.
Nomenclatura y configuración 1. Tubo interior 2. Tubo exterior 3. Acoplamientos o conexiones para el fluido que circula por el anillo 4. Acoplamientos o conexiones para el fluido que circula por el tubo interior 5. Espacio anular 6. Retornos 7.Entradas y salidas
4
Los fluidos caliente y frío fluyen en pasos alternados, de este modo cada corriente , de este modo cada corriente de fluido frío queda rodeada por dos corrientes de flujo caliente, lo que da por resultado una transferencia muy eficaz de calor.
4
Se relaciona con el paso alternado de las corrientes de los fluidos caliente y frío a través de la primera área de flujo. Consta de dos tipos:
REGENERATIVO ESTÁTICO
Es una masa porosa que tiene gran capacidad de almacenamiento de calor.
REGENERATIVO DINÁMICO
Consta de un tambor giratorio y se establece en un flujo continuo del fluido caliente y frío a través de diferentes partes del tambor.
Por lo común un intercambiador de calor está relacionado con dos fluidos que fluyen separado por una pared.
El calor se transfiere del fluido caliente a la pared por convección. A través de la pared por 1.
conducción. 2.
Y por ultimo de la pared hacia el flujo frío por convección. De la figura; la resistencia térmica de la pared del tubo es:
) = 2 ln(
Donde:
Conductividad térmica del material. L= Longitud del tubo. Entonces la resistencia térmica total queda. k=
=
ln( ) 1 1 = + + = + + ℎ 2 ℎ
Ai y Ao son las áreas superficiales de la parte de separación, interior y exterior respectivamente.
En los análisis de los intercambiadores de calor resulta conveniente combinar todas las resistencias térmicas que se encuentren en la trayectoria del flujo. Que fluye del fluido mas caliente al mas frío.
∆ = ∆ = ∆ = ∆
Donde Ues el coeficiente de transferencia de calor total. Su unidad es .
La cual es idéntica a la unidad de coeficiente de convección h. ) 1 1 1 1 1 = = == + + ℎ 2 ℎ ln(
Existen 2 coeficientes de transferencia de calor U i y Uo , la razón es que el intercambiador tiene 2 áreas superficiales para la transferencia de calor las cuales no son iguales.
Se
debe tener en cuenta de que:
≠
a menos que
=
=
Cuando
la pared del tubo es pequeña y la conductividad térmica del material es alta la resistencia térmica de dicho tubo es despreciable( ≈ 0) y la superficie interior exterior son casi identicas( ≈ ≈ ). 1
≈
1 ℎ
+
1 ℎ
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
= = + si
Para aletas cortas de alta conductividad térmica se puede usar esta área total en la relación de la resistencia a la convección = , en este caso, las aletas serán con mucha aproximación isotérmicas. De lo contrario tendrá que determinarse A. = +
Donde es la eficiencia de la aleta.
Para aletas isotérmicas = 1 .
•
•
El rendimiento de los intercambiadores de calor suele deteriorarse con el paso del tiempo como resultado de la acumulación de depósitos sobre la superficie de transferencia de calor. El efecto neto de esta acumulación sobre la transferencia de calor por un factor de incrustación Rf el cual es una medida de la resistencia térmica introducida por la incrustación. El tipo mas común de incrustación es la precipitación de depósitos solido.
) . . = = == + + + + (
Los ingenieros en la industria a menudo se encuentran en una posición en la que tienen que seleccionar los intercambiadores para realizar ciertas tareas de transferencia de calor.
En general, el objetivo es calentar o enfriar cierto fluido con un gasto de masa y una temperatura conocida hasta una temperatura deseada.
RAZON DE TRANSFERENCIA DE CALOR Es la cantidad mas importante en la selección de un intercambiador. Un intercambiador debe ser capaz de transferir el calor a una razón especifica para lograr el cambio deseado en la temperatura del fluido con el gasto de masa determinado.
COSTO Las limitaciones en el presupuesto suelen despeñar un papel muy importante en la selección de los intercambiadores, excepto en algunos casos especiales en donde ¨el dinero no es lo mas importante¨ .
POTENCIA DE BOMBEO
La minimización de la caída de presión y el gasto de masa de
los fluidos abonara el costo de operación del intercambiador, pero maximizará su tamaño y por consiguiente el costo inicial.
Como regla empírica, si se duplica el gasto de masa se
reducirá el costo inicial a la mitad, pero se incrementara las necesidades
de
potencia
aproximadamente ocho.
de
bombeo
en
un
factor
TAMAÑO Y PESO
Normalmente, entre más pequeño y más ligero es el intercambiador, mejor es.
TIPO El tipo de intercambiador que se debe seleccionar depende del tipo de fluidos que intervienen, de las limitaciones de tamaño y peso y la presencia de cualesquiera procesos de cambio de fase
MATERIALES
Por ejemplo, no es necesario considerar los efectos de
los esfuerzos térmicos y estructurales a presiones por debajo de 15 atm o a temperaturas inferiores de 150°C. Una diferencia de temperatura de 50°C o mas entre los
tubos y el casco es posible que plantee problemas de expansión térmica diferencial que necesita considerarse. En el caso de fluidos corrosivos pueden ser que tengan
que seleccionarse materiales costosos resistentes a las corrosión, como el acero inoxidable o inclusos el titanio.
OTRAS CONSIDERACIONES
Ser
herméticos es una consideración importante cuando se trata con fluidos tóxicos o costosos.
El proceso de selección algunas otras consideraciones
importantes son la facilidad para darles servicio, un bajo costo de mantenimiento la seguridad y la confiabilidad. El silencio es una de las consideraciones importantes en
la selección de los intercambiadores del liquido hacia aire que se usan en las instalaciones de calefacción y acondicionamiento del aire.
