INTERCAMBIADORES INTERCAMBIADORE S DE CALOR
Un intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para transferir calor de un fluido a otro, sea que estos estén separados por una barrera sólida o que se encuentren en contacto.
Q
APLICACIONES DE INGENIERIA
Conversor eléctrico
Destiladores Aire acondicionado
Torres de enfriamiento
Caldera Colector solar
CLASIFICACIÓN 1. RECUPERADORES Y REGENERADORES RECUPERADORES
Bajas capacidades, pero baratos
REGENERADORES
CLASIFICACION 2. PROCESO DE TRANSFERENCIA CONTACTO INDIRECTO: No existe contacto entre el fluido caliente y el frio CONTACTO DIRECTO: Existe un contacto intimo entre los dos fluidos CONTACTO CONT ACTO INDIRECTO
CLASIFICACION 2. PROCESO DE TRANSFERENCIA
Contacto directo Lugares con alta humedad no funcionan bien
Torres de enfriamiento
CLASIFICACION 3. ARREGLO ARREGLO DE FLUJOS
CLASIFICACION 3. ARREGLO ARREGLO DE FLUJOS Flujo cruzado
Flujos no mezclados
Un flujo mezclado, un flujo no mezclado
CLASIFICACION 4. GEOMETRIA Tubulares Tubos concéntricos
Tubos en U
Colector solar por termosifón
CLASIFICACION 3. GEOMETRIA Tubo y coraza
CLASIFICACION 3. GEOMETRIA Placas
ALTAS CAPACIDADES
Termosoldados o con juntas
CLASIFICACION 3. GEOMETRIA
Superficies extendidas Aumentar el h del gas
CLASIFICACION 5. MECANISMO DE TRANSFERENCIA Una fase
Dos fases: Evaporacion o condensacion
SELECCIÓN DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR Debe satisfacer las especificaciones del proceso y sobrepasar las condiciones de servicio que necesita la planta.
Debe resistir la corrosión y las condiciones medio ambientales.
Debe permitir su fácil mantenimiento y el remplazo fácil de componentes dañados.
Debe ser costeable. La instalación, operación y mantenimiento, incluyendo las perdidas de producción durante tiempos caídos, deben tener un costo bajo.
Debe considerar las limitaciones por las dimensiones del lugar, lugar, inventario y servicio de mantenimiento.
DISEÑO DE INTERCAMBIADORES DE CALOR El área de transferencia de calor A, debe de satisfacer s atisfacer las condiciones de operación del proceso especifico
Coeficiente global de transferencia de calor U
En el caso de intercambiadores de calor hay 4 diferentes temperaturas y debemos de buscar una “global”
FACTOR DE ENSUCIAMIENTO fo es ocasionado por la precipitación precipitación de sólidos, corrosión, incrustaciones e incrustaciones biológicas U
=
1 1 h ENF
+
M k M
+
1 hSOL
+
fo
ANALISIS DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR
TML
DISEÑO DE INTERCAMBIADORES DE CALOR
NTU
Principalmente se tienen las temperaturas de entrada y salida, entonces se calcula el área Principalmente se conoce el área de transferencia de calor, y se calculan las temperaturas de salida
METODO DE LA DIFERENCIA MEDIA LOGARITMICA
Calculo de la ∆Tml para un intercambiador de calor simple en flujo en cocorriente
METODO DE LA DIFERENCIA MEDIA LOGARITMICA 1. Partiendo de un balance de energía en cocorriente
2. Restando las temperaturas:
3. Ec. de transferencia de calor
4. Sustituyendo las ecuaciones y arreglando:
δQ = U dA (Th – (Th – Tc) Tc)
METODO DE LA DIFERENCIA MEDIA LOGARITMICA 5. Integrando entradas y salidas
6. Utilizando un balance de energía global y sustituyendo en 5
Q = mC cpC (T C , SAL
−
Q = m H cp H (T H , ENT
T C , ENT )
−
T H ,SAL )
1 =
(T C , SAL
mC cpC
T C , ENT )
Q
1 =
m H cp H
−
(T H , ENT
−
T H ,SAL )
Q
Para flujos en contracorriente T1 = TH,IN – TC,OUT T2 = TH, OUT – TC, IN
CASOS EN LAS CORRIENTES DE TEMPERATURA DE ENTRADA Y SALIDA
Q = UAS TML Cuando el espesor es pequeño y k es alta
Tambien en casos en que la T1 y T2 sean no mas del 40%, se pude utilizar la diferencia media aritmetica, que dar un error menos al 1% con respecto a la dtml
=
No se toma la dtml, pues daria infinito asi que se representa por:
FACTOR DE CORRECCION Para intercambiadores de flujos de multiples pasos y flujo cruzado es mas complejo el desarrollo por lo cual se agrega un FACTOR FACTOR DE CORRECCION
ANALISIS DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR METODO DE LA TML Pasos: 1. Se cono conoce ce el el tipo tipo de IC apr apropia opiado do (no (no el el tamañ tamaño), o), por por que se conoce U 2. Se cono conoce cenn las las temp temper erat atur uras as ( T ent-sal y Flujos) 3. Calcular la Tml 4. Calcu lcular el áre área
PROBLEMA Si el coeficiente global de transferencia de calor para un intercambiador de tubos concéntricos es de 640 W/m2 °C, determine la longitud requerida utilizando el Método de TML
Cp (agua) = 4.18 kJ/kg C Cp (agua geotermica) = 4.31 kJ/kg C
Respuesta: 108 mts
METODO DE LA EFECTIVIDAD-NTU 1. Partiendo de un balance de energía (paso 5 del método TML)
2. Haciendo C = m Cp
1
3. Si igualamos Q C = QH 2
METODO DE LA EFECTIVIDAD-NTU 4. Manipulando la definición de EFECTIVIDAD 3
EFECTIVIDAD: EFECTIVIDAD: Es la razón de la transferencia de calor real de un intercambiador entre entre la razón máxima posible que se puede transferir
METODO DE LA EFECTIVIDAD-NTU
5. Combinando las ecuaciones 1, 2 y 3
La ecuación anterior puede expresarse como sigue:
NTU es el numero de unidades de transferencia de calor
METODO DE LA EFECTIVIDAD-NTU
METODO DE LA EFECTIVIDAD-NTU
METODO DE LA EFECTIVIDAD-NTU Graficando NTU vs Efectividad
METODO DE LA EFECTIVIDAD-NTU
PASOS: • Se conoce Cp, flujos y
área del IC
• Se conoce la TENT,CAL y TENT, FRIA • Se calcula CMIN y QMAX • Se calcula NTU y
por tablas
• Calculo de las temperaturas de salida
PROBLEMA Un intercambiador de flujo cruzado consta de 40 tubos de pared delgada de 1 cm de diámetro ubicados en un ducto con sección transversal de 1 m x 1 m. Entra agua fr í a (cp = 4.18 kJ /kg C y ρ = 1000 kg/m 3) a los tubos a 18 C con una velocidad promedio de 3 m/s, en tanto que al canal entra aire caliente (cp = 1 kJ/kg C y ρ = 1 kg/m3) a 130 C a una velocidad promedio = 12 m/s. Si el coeficiente global de transferencia de calor es de 130 W/m 2 C, determine las temperaturas de salida de los dos fluidos y la raz ón de la transferencia de calor.
Se va a calentar aceite de motor (cp = 2100 J/kg C) de 20 C hasta 60 C, a razón de 0.3 kg/s, en un tubo de cobre de pared delgada y de 2 cm de diámetro, por medio de vapor de agua en condensación que se encuentra fuera a una temperatura de 130 C (hfg= 2174 kJ/kg). Para un coeficiente de transferencia de calor total de 650 W/m2. Determine la velocidad de transferencia de calor y la longitud de requerida del tubo para lograrlo.
