Introduccion Y Marco.docx

1. Introducción El estudio de la transferencia de calor está relacionado con el intercambio de calor entre 2 fluidos, el intercambio se presenta desde los cuerpos calientes a los cuerpos fríos. En el desarrollo de la ingeniería es fundamental el estudio y conocimientos de estos, esto se puede apreciar en procesos en los que se deben establecer condiciones óptimas a bajos costos; Si se necesitan disminuir o elevar la temperatura de algún fluido normalmente se usan los intercambiadores de calor los cuales se encontraran en procesos de calentamiento, enfriamiento, ventilación, entre otros. [1] El intercambiador trabajado se considera como “Intercambiador de tubos y coraza”, estos están compuestos por una carcasa cilíndrica en la que si interior contiene un haz de tubos de menor diámetro ubicados en forma paralela al eje de la carcasa. Un fluido fluye a través del tubo interior y otro a través del tubo exterior, se disponen los cabezales del intercambiador que, mediante placas apropiadamente dispuestas, obligan al fluido que circula por el interior a recorrer un camino por el haz de tubos. Se encuentran diversos tabiques deflectores colocador en la carcasa que hacen que el fluido externo circule en dirección lo mas perpendicular posible al haz de tubos, mejorando así la transferencia de calor.[1] Para el estudiar la transferencia de calor de este sistema se parte por un balance de energía QP = Qh − Qc (1) Donde 𝑄𝑃 son las pérdidas de energía, 𝑄ℎ la energía del fluido caliente y 𝑄𝑐 la energía del fluido frío. Las cuales se definen como: 𝑄ℎ = 𝑚̇ℎ𝐶𝑝ℎ(𝑇1 − 𝑇2) (2) 𝑄𝑐 = 𝑚̇𝑐𝐶𝑝𝑐(𝑡1 − 𝑡2) (3) Donde 𝑚̇ℎ es el flujo másico del fluido caliente en (kg/s), 𝑚̇𝑐 es el flujo másico del fluido frío en (kg/s), 𝐶𝑝ℎ es el calor específico del fluido caliente (J/kg), 𝐶𝑝𝑐 es el calor específico del fluido frío (J/kg), T1 es la temperatura de entrada del fluido caliente (K), T2 es la temperatura de salida del fluido

caliente (K), t1 es la temperatura de entrada del fluido frío (K), t2 es la temperatura de salida del fluido frío (K). La razón de la transferencia de calor en un intercambiador también se puede expresar de una manera análoga a la ley de Newton del enfriamiento como 𝑄 = 𝑈𝐴𝑠 𝛥𝑇𝑚̇ (5) donde U es el coeficiente total de transferencia de calor, As es el área de transferencia del calor y _Tm es una apropiada diferencia promedio de temperatura entre los dos fluidos. En este caso, el área superficial As se puede determinar en forma precisa aplicando las dimensiones del intercambiador de calor.[2] Para encontrar el calor sabemos que se debe tener una temperatura media logarítmica la cual se halla de la siguiente manera ∆𝑇𝑚𝑙 =

∆𝑇1 − ∆𝑇2 ∆𝑇 ln(∆𝑇1 ) 2

Donde T1 y T2 representan la diferencia de temperatura entre los dos fluidos en ambos extremos a la entrada y a la salida del intercambiador. Una forma para determinar el rendimiento con respecto a la transferencia de calor de un intercambiador específico es el llamado método de efectividad de NTU. 𝑁𝑇𝑈 = 𝑈 ∗ 𝐴 (𝑚̇𝑐𝑝)𝑚̇𝑖𝑛 (10) El cual se relaciona en un parámetro adimensional ε el cual se toma el nombre de efectividad de la transferencia de calor [2]. 𝜀 = 𝑄 𝑄𝑚̇𝑎𝑥 (11) ̇ Donde Q es la razón de transferencia real y Qmax ̇ es la razón máxima posible de transferencia de calor. Es decir. 𝜀 = 𝑇1 − 𝑇2 𝑇1 − 𝑡1 , 𝑠𝑖 𝑚̇ ℎ𝐶𝑝ℎ < 𝑚̇ 𝑐𝐶𝑝𝑐 (12) 𝜀 = 𝑡2 − 𝑡1 𝑇1 − 𝑡1 , 𝑠𝑖 𝑚̇ 𝑐𝐶𝑝𝑐 < 𝑚̇ ℎ𝐶𝑝ℎ (13) Y si se define 𝐶𝑅 = (𝑚̇𝑐𝑝)𝑚̇𝑖𝑛 (𝑚̇𝑐𝑝)𝑚̇𝑎𝑥 (14) Se relaciona la efectividad con CR y el NTU, para flujos tanto en paralelo (15) como en a contracorriente (16).

𝜀 = 1 − 𝑒 − 𝑁𝑇𝑈(1 − 𝐶𝑅) 1 + 𝐶𝑅 (15) 𝜀 = 1 − 𝑒 − 𝑁𝑇𝑈(1 − 𝐶𝑅) (1 + 𝐶𝑅) ∗ 𝑒 − 𝑁𝑇𝑈(1 − 𝐶𝑅) (16) Sin dejar de lado el número adimensional utilizado para la determinación del estado de los fluidos como es el número de Reynolds que se define como. 𝑅𝑒 = 𝑉 ∗ 𝜌 ∗ 𝐷 𝜇 (17) Donde V es la velocidad del fluido, 𝜌 su densidad, D el diámetro y 𝜇 la viscosidad del fluido. El conocimiento de las ecuaciones nos permitirán el correcto desarrollo de la experiencia de la laboratorio a presentar.