• Author / Uploaded
• Jesús Magueta

• Categories
• Intercambiador de calor
• Calor
• Transferencia de calor
• Ingeniería Química
• Naturaleza

Citation preview

INTERCAMBIADORES 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

INTERCAMBIADORES DE CALOR

APLICACIONES DE INGENIERIA

Conversor eléctrico

Destiladores Aire acondicionado

Caldera Torres de enfriamiento

INTERCAMBIADORES DE CALOR

Colector solar

CLASIFICACIÓN 1. RECUPERADORES Y REGENERADORES RECUPERADORES

Bajas capacidades, pero baratos INTERCAMBIADORES DE CALOR

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 INDIRECTO

INTERCAMBIADORES DE CALOR

CLASIFICACION 2. PROCESO DE TRANSFERENCIA

Contacto directo Lugares con alta humedad no funcionan bien

Torres de enfriamiento

INTERCAMBIADORES DE CALOR

CLASIFICACION 3. ARREGLO DE FLUJOS

INTERCAMBIADORES DE CALOR

CLASIFICACION 3. ARREGLO DE FLUJOS Flujo cruzado

Flujos no mezclados

INTERCAMBIADORES DE CALOR

Un flujo mezclado, un flujo no mezclado

CLASIFICACION 4. GEOMETRIA Tubulares Colector solar por termosifón

Tubos concéntricos

Tubos en U

INTERCAMBIADORES DE CALOR

CLASIFICACION 3. GEOMETRIA

Tubo y coraza

INTERCAMBIADORES DE CALOR

CLASIFICACION 3. GEOMETRIA Placas

ALTAS CAPACIDADES INTERCAMBIADORES DE CALOR

Termosoldados o con juntas

CLASIFICACION 3. GEOMETRIA

Superficies extendidas Aumentar el h del gas

INTERCAMBIADORES DE CALOR

CLASIFICACION 5. MECANISMO DE TRANSFERENCIA Una fase

INTERCAMBIADORES DE CALOR

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, inventario y servicio de mantenimiento. INTERCAMBIADORES DE CALOR

DISEÑO DE INTERCAMBIADORES DE CALOR El área de transferencia de calor A, debe de satisfacer 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” INTERCAMBIADORES DE CALOR

FACTOR DE ENSUCIAMIENTO fo es ocasionado por la precipitación de sólidos, corrosión, incrustaciones e incrustaciones biológicas U =

1 1 hENF

M 1 + + + fo k M hSOL

INTERCAMBIADORES DE CALOR

ANALISIS DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR

∆TML

DISEÑO DE INTERCAMBIADORES DE CALOR

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

INTERCAMBIADORES DE CALOR

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:

INTERCAMBIADORES DE CALOR

δQ = U dA (Th – 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 (TC , SAL − TC , ENT )

Q = mH cpH (TH ,ENT − TH ,SAL )

(TC , SAL − TC , ENT ) 1 = mC cpC Q

(T − TH ,SAL ) 1 = H ,ENT mH cpH Q Para flujos en contracorriente ∆T1 = TH,IN – TC,OUT ∆T2 = TH, OUT – TC, IN

INTERCAMBIADORES DE CALOR

CASOS EN LAS CORRIENTES DE TEMPERATURA DE ENTRADA Y SALIDA

Q = UAS ∆TML Cuando el espesor es pequeño y k es alta

INTERCAMBIADORES DE CALOR

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

INTERCAMBIADORES DE CALOR

=

No se toma la dtml, pues daria infinito asi que se representa por:

INTERCAMBIADORES DE CALOR

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 DE CORRECCION

INTERCAMBIADORES DE CALOR

ANALISIS DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR

METODO DE LA ∆TML Pasos: 1. Se conoce el tipo de IC apropiado (no el tamaño), por que se conoce U 2. Se conocen las temperaturas (∆T ent-sal y Flujos) 3. Calcular la ∆Tml 4. Calcular el área

INTERCAMBIADORES DE CALOR

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 INTERCAMBIADORES DE CALOR

Respuesta: 108 mts

METODO DE LA EFECTIVIDAD-NTU 1. Partiendo de un balance de energía (paso 5 del método ∆TML)

1 2. Haciendo C = m Cp

3. Si igualamos QC = QH 2

INTERCAMBIADORES DE CALOR

METODO DE LA EFECTIVIDAD-NTU 4. Manipulando la definición de EFECTIVIDAD 3

EFECTIVIDAD: Es la razón de la transferencia de calor real de un intercambiador entre la razón máxima posible que se puede transferir

INTERCAMBIADORES DE CALOR

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

INTERCAMBIADORES DE CALOR

METODO DE LA EFECTIVIDAD-NTU

INTERCAMBIADORES DE CALOR

METODO DE LA EFECTIVIDAD-NTU

INTERCAMBIADORES DE CALOR

METODO DE LA EFECTIVIDAD-NTU Graficando NTU vs Efectividad

INTERCAMBIADORES DE CALOR

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 ε por tablas • Calculo de las temperaturas de salida

INTERCAMBIADORES DE CALOR

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 fría (cp = 4.18 kJ /kg C y ρ = 1000 kg/m3) 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/m2 C, determine las temperaturas de salida de los dos fluidos y la razón de la transferencia de calor.

INTERCAMBIADORES 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.

INTERCAMBIADORES DE CALOR