Intercambiador De Calor.docx

INTERCAMBIADOR DE CALOR 1. INTRODUCCIÓN Un Intercambiador de calor es un equipo mecánico, construido para transferir calor entre dos fluidos a diferente temperatura que están separados por una pared (metálica). Cuando la diferencia de temperatura es pequeña se desprecia la transferencia de calor por radiación y el intercambiador de calor se calcula aplicando las correlaciones de transferencia de calor por conducción y convección. Un aspecto importante en la aplicación de los intercambiadores es la recuperación del calor de procesos o incluso a la recuperación de calor de fluidos residuales, que en si mismo no tienen valor económico, pero estando a temperaturas superiores al ambiente, transportan calor, que al recuperarlo, tiene un valor energético (recuperación de energía) y económico. Además permite o contribuye a la conservación del medio ambiente, ayuda a que el ahorro de energía se traduce en un ahorro de combustible, disminución de masa de contaminantes (dióxido de carbono y otros), emitidos a la atmósfera.

2. OBJETIVOS 2.1.

OBJETIVO GENERAL

2.2.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

3. FUNDAMENTO TEÓRICO 3.1.

INTERCAMBIADOR DE CALOR

Un intercambiador de calor es un radiador diseñado para transferir calor entre dos fluidos, o entre la superficie de un sólido y un fluido en movimiento. 1 Son elementos fundamentales

en

los

sistemas

de

calefacción,

refrigeración,

acondicionamiento de aire, producción de energía y procesamiento químico, además

de

en

aparatos

de

la

vida

cotidiana

como calentadores, frigoríficos, calderas, ordenadores, el radiador del motor de un automóvil, etc. 3.2.

CLASIFICACIÓN DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR

Los diferentes tipos de intercambiadores de calor con sus características constructivas y funcionalidad, se pueden hacer diferentes clasificaciones: 3.2.1. Según el proceso de transferencia de calor  Recuperadores o transferencia directa.  Regeneradores o de almacenamiento  Lecho fluidizado.  Contacto directo.  Con combustión o generadores de calor (hornos y calderas) 3.2.2. Según las características constructivas  Tubular: doble tubo, carcasa y tubos.  Placas: paralelas, espiral.  Compactos: tubos – aletas, placas – aletas. 3.2.3. Según la disposición de los fluidos  Paralelo.  Contracorriente.  Cruzado. 3.2.4. Dependiendo de su función  Intercambiador  Enfriador de calor 3.3.

INTERCAMBIADOR DE CALOR DE FLUJOS PARALELOS

En el intercambiador de calor de flujos paralelos, el flujo másico más caliente intercambia calor con el flujo másico más frió a la entrada del intercambiador. Al comienzo, la transferencia de calor es mayor debido a que

la diferencia de temperatura es máxima, pero a lo largo del intercambiador esa diferencia disminuye con rapidez y las temperaturas de las dos corrientes se aproximan asintóticamente y con gran lentitud. En el flujo paralelo en equicorriente, la temperatura final del fluido más frio nunca puede llegar a ser igual a la temperatura de salida del fluido más caliente 3.4.

INTERCAMBIADOR

DE

CALOR

DE

FLUJOS

EN

CONTRA

CORRIENTE En el intercambiador en contracorriente, el flujo a mayor temperatura del fluido caliente intercambia calor con la parte más caliente del fluido frio, y lo más fría del fluido caliente con la más fría del fluido frio. Esto permite establecer una diferencia de temperatura casi constante A lo largo del intercambiador. En el flujo en contracorriente la temperatura final del fluido frio (que es lo que se calienta) puede superar la temperatura de salida del fluido caliente (que se enfría), puesto que existe un gradiente de temperatura favorable a todo lo largo del intercambiador de calor.

3.5.

INTERCAMBIADOR DE CALOR DE FLUJOS CRUZADOS

En este caso el fluido exterior es un gas (generalmente aire), mientras que el fluido interior puede ser un fluido cualquiera gas o líquido. Los fluidos se mueven en forma perpendicular entre si, estos intercambiadores de calor pueden ser: tubulares con o sin aletas (placas), los fluidos pueden ser mezclados y sin mezclar. En la figura se presentan estos tipos de intercambiadores de calor.

3.6.

INTERCAMBIADORES DE CALOR DE TUBOS Y CARCASA

Se tiene intercambiadores de calor de carcasa y tubos, se utiliza para la transferencia de calor entre líquidos, uno de los fluidos circula por el interior de los tubos y el otro por el exterior. La carcasa envuelve el conjunto de tubos. Los deflectores (BAFFLES), cumplen la función de desviar el flujo exterior con objeto de generar un proceso de mezcla que genera turbulencia para aumentar la transferencia de calor. El flujo de un intercambiador (1-2) es generalmente en contracorriente y parcialmente en corrientes paralelas. En los intercambiadores de paso múltiple, se pueden utilizar velocidades mas elevadas, tubos más cortos y resolver fácilmente el problema de las expansiones y dilataciones. Disminuye la sección libre para el flujo, con el cual aumenta la velocidad, dando lugar a un incremento del coeficiente de transmisión de calor por convección.

Intercambiador de calor de tubo y coraza con un paso por la coraza y por los tubos (contraflujo cruzado) 3.7.

INTERCAMBIADOR DE CALOR TIPO CHAQUETA

En la literatura se dispone de pocos datos para predecir los coeficientes dentro de una chaqueta o entre la chaqueta y un líquido contenido en un recipiente cilíndrico verticales el que no se cuenta con agitación mecánica. Durante el calentamiento, el fenómeno de mezcla depende de la convección libre. Los coeficientes para calentamiento en convección libre pueden aproximarse para recipientes de gran diámetro. Los mismos coeficientes pueden también esperarse para la ebullición de soluciones acuosas diluidas. Para el calentamiento o enfriamiento de agua a agua, un coeficiente total de 100 Btu/ ONpiW”F

Un coeficiente de transferencia de calor seleccionado de los grupos anteriores no puede incorporarse a la ecuación de Fourier Q = UA At excepto cuando el recipiente opere a régimen constante. Un recipiente enchaquetado puede adaptarse para operaciones de régimen constante cuando la entrada y salida de materiales

sea

constante.

Ya

que

los

recipientes

enchaquetados

son

fundamentalmente aparatos para procesar lotes, la diferencia de temperatura

durante el proceso de calentamiento o enfriamiento no es constante. El coeficiente debe, por lo tanto, sustituirse en una ecuación de estado inestable apropiada, que toman en consideración el tiempo requerido para cambiar la temperatura del lote y emplean una diferencia de temperatura que varía con el tiempo.

3.8.

INTERCAMBIADOR DE CALOR DE PLACAS

El intercambiador de calor de placas consiste en un paquete de placas de metal corrugadas con tomas para el paso de los dos fluidos entre los que se realiza el intercambio de calor. El conjunto de placas está montado entre una placa bastidor fija y otra de presión desmontable, y se mantiene apretado mediante pernos. Las placas incorporan juntas que sellan la periferia y dirigen los fluidos por canales alternos. El número de placas depende del caudal, propiedades físicas de los fluidos, pérdida de carga y programa de temperaturas. La corrugación de las placas favorece la turbulencia del fluido y contribuye a que las placas resistan la presión diferencial. Las placas de intercambio térmico y placa de presión están suspendidas en una barra guía superior y se apoyan en una barra guía inferior. Ambas barras están fijas a una columna de soporte. Las conexiones están siempre situadas en la placa fija del bastidor a menos que uno o ambos fluidos requieran más de un paso, en cuyo caso también se sitúan en la placa de presión movible.

Entre las placas del intercambiador de calor se forman canales y los orificios de las esquinas están dispuestos de manera que los dos líquidos circulen por canales alternos. El calor se transfiere por la placa entre los canales. Para incrementar la eficiencia al máximo se genera un flujo en contracorriente. La corrugación de las placas provoca un flujo en torbellino que aumenta la eficiencia de intercambio térmico y protege la placa contra la presión diferencial.

3.9.

COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR

El coeficiente total de transferencia de calor (U) es un factor que para una configuración geométrica o hidrodinámica dada, al multiplicarlo por el área del intercambio de calor y por la diferencia total de temperaturas. Se obtiene el calor total transferido.

Una de las primeras cuestiones a realizar en el análisis térmico de un intercambiador de calor de carcasa y tubos consiste en evaluar el coeficiente de transferencia térmica global entre las dos corrientes fluidas. Sabemos que el coeficiente de transferencia térmica global entre un fluido caliente a temperatura TC y otro frío a temperatura TF separados por una pared plana se define mediante la ecuación:

4. EQUIPOS Y MATERIALES DE LABORATORIO

5. PROCEDIMIENTO

6. DISEÑO Y EXPERIENCIAS OBTENIDAS

7. RESULTADOS OBTENIDOS

8. CONCLUSIONES

9. RECOMENDACIONES

10. BIBLIOGRAFÍA