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Integrantes de Equipo: •

Aragón Ventura Yordi 11090364

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Núñez Espinoza Rafael

INTERCAMBIADORES DE CALOR

Para transferir calor existen una amplia variedad de equipos denominados intercambiadores de calor. Un intercambiador de calor se puede describir de un modo muy elemental como un equipo en el que dos corrientes a distintas temperaturas fluya sin mezclarse con el objeto de enfriar o calentar un fluido o ambas cosas a la vez.

Un Intercambiador de Calor es un equipo utilizado para enfriar un fluido que está más caliente de lo deseado, transfiriendo esta calor a otro fluido que está frío y necesita ser calentado.

La transferencia de calor se realiza a través de una pared metálica o de un tubo que separa ambos fluidos.

1

Calentar un fluido frío mediante un fluido con mayor temperatura. Reducir la temperatura de un fluido mediante un fluido con menor 2temperatura. Llevar al punto de ebullición a un fluido mediante un fluido con mayor 3temperatura.

4 Condensar un fluido en estado gaseoso por medio de un fluido frío.

5

Llevar al punto de ebullición a un fluido mientras se condensa un fluido gaseoso con mayor temperatura.

INTERCAMBIA DOR DE DOBLE TUBO.

Está constituido por dos tubos concéntricos de diámetros diferentes. Uno de los fluidos fluye por el tubo de menor diámetro y el otro fluido fluye por el espacio anular entre los dos tubos.

INTERCAMBIADOR DE DOBLE TUBO.

En este tipo de intercambiador son posibles dos configuraciones en cuanto a la dirección del flujo de los fluidos: CONTRA FLUJO FLUJO PARALELO

INTERCAMBIADOR DE DOBLE TUBO.

En la configuración en flujo paralelo los dos fluidos entran por el mismo extremo y fluyen en el mismo sentido. En la configuración en contra flujo los fluidos entran por los extremos opuestos y fluyen en sentidos opuestos.

En un intercambiador de calor en flujo paralelo la temperatura de salida del fluido frio nunca puede ser superior a la temperatura de salida del fluido caliente.

En un intercambiador de calor en contra flujo la temperatura de salida del fluido frio puede ser superior a la temperatura de salida del fluido caliente.

La temperatura de salida del fluido frio nunca puede ser superior a la temperatura de entrada del fluido caliente.

Consisten en una serie de tubos situados en una corriente de aire, que puede ser forzada con ayuda de un ventilador. Los tubos suelen tener aletas para aumentar el área de transferencia de calor.

La selección de un intercambiador enfriado por aire frente a un enfriado por agua es una cuestión económica, hay que consideran gastos de enfriamiento del agua, potencia de los ventiladores y la temperatura de salida del fluido y tiene una diferencia de temperatura de unos 15 ºF - 8 ºC.

Formados por un conjunto de placas de metal corrugadas (acero inoxidable, titanio, etc.) contenidas en un bastidor. Pueden ser de diferentes tipos: Intercambiadores de tipo placa y armazón similares a un filtro prensa. Intercambiadores de aleta de placa con soldadura.

Consisten en una estructura de tubos pequeños colocados en el interior de un casco de mayor diámetro. Constituyen la parte más importantes de los equipos de transferencia de calor sin combustión en las plantas de procesos químicos. Son los intercambiadores mas utilizados en la industria química con las consideraciones de diseño mejor definidas.

Paralelo

DIRECCIÓN DE FLUJO

Cruzado

Contrafluj o

También se presenta una situación en la que ambas corrientes se cruzan en ángulo recto.

En ese caso se habla de “corrientes cruzadas”. Esta disposición se da con mayor frecuencia en el intercambio de calor de gases con líquidos.

En este tipo de intercambiadores podemos distinguir dos tipos de flujos: FLUJO CRUZADO MEZCLADO.

FLUJO CRUZADO NO MEZCLADO.

Este tipo de intercambiadores solo sirven para propósitos de calentamiento, y son fluidos en contacto con resistencias eléctricas. Su funcionamiento consiste en la disposición de varias resistencias eléctricas las cuales son colocadas en corazas de paredes diatérmicas que al hacer pasar un fluido por dicha coraza se suministra energía eléctrica las misma que es conducida por dichas resistencias haciendo que al contacto con el fluido las moléculas del fluido se agiten a grandes velocidades y haciendo que entre ellas liberen energía en forma de calor. Una de las aplicaciones de este tipo de intercambiador es para cuando se tiene crudo emulsionado y se quiere mejorar el proceso de separación entre el agua y el crudo, los cuales los hacen muy utilizados en las industrias petroleras.

oIntercambiador de Calor: Realiza la función doble de calentar y enfriar dos fluidos. oCondensador: Condensa un vapor o mezcla de vapores. oEnfriador: Enfría un fluido por medio de agua. oCalentador: Aplica calor sensible a un fluido. oRehervidor: Conectado a la base de una torre fraccionadora proporciona el calor de reebulición que se necesita para la destilación. oVaporizador: Un calentador que vaporiza parte del líquido.

Un método que combina las características de dos o más intercambiadores y permite mejorar el desempeño de un intercambiador de calor es tener que pasar los dos fluidos varias veces dentro de un intercambiador de paso simple. Cuando los fluidos del intercambiador intercambian calor más de una vez, se denomina intercambiador de múltiple pasos . Sí el fluido sólo intercambia calor en una sola vez, se denomina intercambiador de calor de paso simple o de un solo paso.

oTransferencia de calor convectiva del fluido hacia la pared interna del tubo oTransferencia de calor conductiva a través de la pared del tubo oTransferencia de calor convectiva desde la pared externa del tubo hacia el fluido exterior.

INDUSTRIAS ALIMENTICIAS INDUSTRIA QUIMICA

INDUSTRIA MARITIMA CALEFACCIÓN Y ENERGÍA SOLAR INDUSTRIA DE AIRE ACONDICIONADO

Donde: Tw - Twc = Diferencia de temperatura a través de la pared del tubo. Km = Conductividad térmica de la pared. xw = Espesor de la pared del tubo. dq/dAL = Densidad de flujo local de calor, basada en la media logarítmica de. las áreas interior y exterior del tubo de donde se despeja la diferencia de temperatura, así como, en la ecuación de coeficiente individual para el lado interno y haciendo las relaciones adecuadas, obtenemos la expresión:

Coeficiente Global de Transferencia de Calor El coeficiente global se obtiene a partir de los coeficientes individuales y de la resistencia de la pared del tubo en la forma que se indica seguidamente. De la ecuación de velocidad de transmisión de calor a través de la pared de un tubo la cual viene dada por la siguiente expresión:

• Representan la resistencia teórica al flujo de calor debido a la acumulación de una capa de suciedad o cualquier otra sustancia en uno o los dos lados de las superficies del tubo, pero a menudo se 'engordan' por el usuario final en un intento de minimizar la frecuencia de las paradas para limpieza del intercambiador. En realidad esta práctica puede, si no se seleccionan correctamente, conducir a una mayor frecuencia de las paradas para limpieza. • Los mecanismos por los cuales se produce el ensuciamiento varían con la aplicación pero pueden ser ampliamente clasificados en cuatro tipos claramente identificables.

• Ensuciamiento químico, en el que cambios químicos en el fluido causan que se deposite una capa de ensuciamiento sobre la superficie (interna o externa) de los tubos. Un ejemplo común de este fenómeno es la expansión en una olla o caldera causados por el depósito de sales de calcio en los elementos de calentamiento conforme la solubilidad de las sales disminuye al aumentar la temperatura. • Ensuciamiento biológico, causado por el crecimiento de organismos en el fluido que se depositan en la superficie. Esté tipo también está fuera del control del diseñador del intercambiador pero puede verse influido por la elección de los materiales ya que algunos, notablemente los latones no ferrosos, son venenosos para algunos organismos. • Ensuciamiento por corrosión, en el que una capa producto de la corrosión se acumula en la superficie del tubo, formando una capa extra, normalmente de material con un alto nivel de resistencia térmica. • Ensuciamiento por depósito, en el que las partículas en el fluido se acumulan en la superficie cuando la velocidad cae por debajo de cierto nivel crítico.

La diferencia de temperatura media logarítmica (LMTD) es usada para determinar la fuerza que impulsa la transferencia de calor en sistemas de flujo, particularmente en intercambiadores de calor. Suposiciones para determinar (LMTD) : -Las propiedades de las corrientes son constantes. -El intercambio de calor se realiza en estado estacionario. -Cada corriente tiene un calor especifico constante. -El coeficiente global de transferencia de calor es constante. -La conducción axial a lo largo de los tubos es insignificante. -No hay perdida de calor. -El flujo es en contra- o co-corriente.

El Método del Número de Unidades de Transferencia (NUT) se usa para calcular la velocidad de transmisión de calor en Intercambiadores de calor (especialmente en contracorriente) cuando no hay información suficiente para calcular la Diferencia de Temperaturas Media Logarítmica (DTML). Método del Número de Unidades de Transferencia (NUT)

Puede explicarse la eficacia en el caso de un montaje determinando la función de dos parámetros adimensionales,

Un intercambiador de calor es cualquier dispositivo utilizado para transferir calor de un líquido procesado a otro. En un tipo de intercambiador, los hidrocarburos procesados circulan a través de tubos rodeados por aire o agua fría, de forma similar al radiador de un automóvil. Un intercambiador típico es el radiador del motor de un automóvil, en el que el fluido refrigerante, calentado por la acción del motor, se refrigera por la corriente de aire que fluye sobre él y, a su vez, reduce la temperatura del motor volviendo a circular en el interior del mismo.

Los intercambiadores de calor se clasifican en 4 tipos de Intercambiadores de: 1.Doble Tubo. 2.Carcaza y Tubo 3.Flujo Cruzado 4.Compacto En un intercambiador de calor en flujo paralelo la temperatura de salida del fluido frío nunca puede ser superior a la temperatura de salida del fluido caliente. En un intercambiador de calor en contra flujo la temperatura de salida del fluido frío puede ser superior a la temperatura de salida del fluido caliente. El caso límite se tiene cuando la temperatura de salida del fluido frío es igual a la temperatura de entrada del fluido caliente. La temperatura de salida del fluido frío nunca puede ser superior a la temperatura de entrada del fluido caliente.

Los intercambiadores de calor que se utilizan en aplicaciones en que el flujo de gas se realiza con mezcla a la entrada y a la salida, siendo la relación {área de transferencia de calor/volumen total} del orden de 700 m2 /m3, se consideran como intercambiadores compactos. El coeficiente de transmisión de calor es relativamente bajo, y tanto el peso como el tamaño son pequeños, existiendo una amplia gama de configuraciones y formas para las que se han determinado experimentalmente tanto los coeficientes de transferencia de calor, como las pérdidas de carga, como se muestra en el número de Re es de la forma:

Coeficiente de convección.

• Elevada turbulencia en la circulación de los fluidos, consiguiéndose regímenes turbulentos para números de Reynolds de aproximadamente 10, frente al valor 2300 correspondiente a la transición de régimen laminar a turbulento en cambiadores multitubulares. • Esta elevada turbulencia permite velocidades de circulación menores en los fluidos, disminuyendo el peligro de ensuciamiento.

• Elevado valor del coeficiente de transmisión superficial, lo que conlleva valores muy elevados del coeficiente global de transmisión del calor. Así, en aplicaciones agua-agua puede alcanzar valores que oscilan desde 2000 a 6000 kcal/hm2ºC.

• Menores pérdidas caloríficas, ya que sólo los bordes de las placas están expuestas al ambiente exterior y además de tener pequeños espesores pueden aislarse fácilmente. • Menor espacio necesario que otros tipos de cambiadores dada su elevada relación superficie de intercambio/volumen total, lo que supone también que la cantidad de líquido contenido por unidad de superficie de intercambio es muy baja en comparación con otros intercambiadores, lo que da lugar a menores pérdidas de fluido al abrir el cambiador, así como a menores problemas de depósito de residuos, fermentaciones, etc., en los períodos de funcionamiento, presentando menores inercias térmicas en la puesta en marcha o en los cambios de régimen por la misma razón.

• Se debe fijar la situación de los fluidos, ya sea por el interior de los tubos, o por el exterior. Para poner un fluido por el interior o exterior de los tubos, se ha de tener en cuenta el poder de ensuciamiento y lo corrosivos que son los productos a circular, es decir la posibilidad de limpieza, colocando el fluido que sea capaz de ensuciar más, por el interior de los tubos. • Hay que tener en cuenta el cociente de caudales y el de las secciones de paso en el haz y en la carcasa, poniendo, al que tenga mayor caudal, en la sección mayor. Si los caudales son desproporcionados, se deberá prever el caudal menor por el interior del haz, aumentando el número de pasos por el lado de los tubos, con el fin de obtener un número de Reynolds razonable. • Como regla general son intercambiadores de construcción poco costosa y permiten alojar el máximo de tubos en el interior de la envoltura, en dimensiones menores 24” la carcasa se suele ejecutar con tubo y por encima con chapa curvada y soldada. • Tienen problemas de utilización cuando la diferencia de temperatura entre fluido frío y caliente es grande, por las dilataciones o contracciones del haz respecto a la carcasa.