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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL FRANCISCO DE MIRANDA AREA DE TECNOLOGÍA DEPARTAMENTO DE ENERGÉTICA UNIDAD CURRICULAR: TRANSFERENCIA DE CALOR Profesor: Ing. Isaac Hernández [email protected] Intercambiadores de calor

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Page 1: Intercambiadores de calor - Termoaplicadaunefm's Blog · PDF fileIntercambiadores de calor •Es un dispositivo diseñado para transferir calor entre dos medios, que estén separados

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL FRANCISCO DE MIRANDA AREA DE TECNOLOGÍA

DEPARTAMENTO DE ENERGÉTICA UNIDAD CURRICULAR: TRANSFERENCIA DE CALOR

Profesor: Ing. Isaac Hernández

[email protected]

Intercambiadores

de

calor

Page 2: Intercambiadores de calor - Termoaplicadaunefm's Blog · PDF fileIntercambiadores de calor •Es un dispositivo diseñado para transferir calor entre dos medios, que estén separados

Intercambiadores de calor

•Es un dispositivo diseñado para

transferir calor entre dos medios, que

estén separados por una barrera o que

se encuentren en contacto.

•La función básica de los

intercambiadores es la transferencia

de energía térmica entre dos o más

fluidos a diferente temperatura

•El calor fluye, como resultado del

gradiente de temperatura, desde el

fluido caliente hacia el frío a través de

una pared de separación

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Intercambiadores de calor

Tipos de intercambiadores de calor según su construcción

la construcción de los intercambiadores está

incluida en alguna de las dos siguientes

categorías: carcaza y tubo o plato

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Intercambiadores de calor

a) Carcaza y tubo

Este tipo de intercambiador consiste en un

conjunto de tubos en un contenedor llamado

carcasa. El flujo de fluido dentro de los tubos se le

denomina comúnmente flujo interno y aquel que

fluye en el interior del contenedor como fluido de

carcaza o fluido externo.

En sistemas donde los dos fluidos presentan una

gran diferencia entre sus presiones, el líquido con

mayor presión se hace

circular típicamente a través de los tubos y el

líquido con una presión más baja se circula del

lado de la cáscara

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Intercambiadores de calor

Intercambiador de Un solo paso

a) Carcaza y tubo

Intercambiador de Tubos en U

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Intercambiadores de calor

b) Intercambiador de Plato

El intercambiador de calor de tipo plato,

consiste de placas en lugar de tubos para

separar a los dos fluidos caliente y frío.

Los líquidos calientes y fríos se alternan

entre

Un intercambiador de placa es capaz de

transferir mucho más calor con respecto a

un intercambiador de carcasa y tubos con

volumen semejante, esto es debido a que

las placas proporcionan una mayor área

que la de los tubos

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Intercambiadores de calor

Tipos de intercambiadores de calor según su operación

Las tres categorías son: Flujo paralelo,

Contraflujo y Flujo cruzado

Intercambiadores de Flujo Paralelo:

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Intercambiadores de calor

Intercambiadores de Contraflujo: Intercambiadores de Flujo Cruzado:

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El método de la diferencia media logarítmica (LMTD)

Intercambiadores de calor

Es el más apropiado cuando se desea queel intercambiador logre un cambio detemperatura específica de una corriente defluido de gasto de masa conocido

Este método trabaja con las diferenciasmínimas y máximas que se presentan en elintercambiador a lo largo de toda la secciónde haz de tubos ya que para efectos decálculo resulta mejor tener una temperaturamedia del sistema.

La diferencia de temperatura entre los dos fluidos disminuye desde ΔT1 a la entrada hasta ΔT2 a la salida.

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Intercambiadores de calor

El método de la diferencia media logarítmica (LMTD)

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Intercambiadores de calor

El método de la diferencia media logarítmica (LMTD)

Si se usa un intercambiador de calor diferente del tipode doble tubo, la transferencia de calor se calculausando un factor de corrección, F aplicado al valorLMDT, por tanto

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Intercambiadores de calor

El método de la diferencia media logarítmica (LMTD)

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Intercambiadores de calor

Este método se basa en un parámetroadimensional llamado efectividad de latransferencia de calor definido como:

Método de la Eficiencia-Ntu

Dicho método de ensayo y error de la LMTD se puede evitar en el método Ntu

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La razón de la transferencia de calor real deun intercambiador de calor se puededeterminar con base en un balance deenergía en los fluidos caliente y frío y sepuede expresar como:

Intercambiadores de calor

Método de la Eficiencia-Ntu

En donde Cc=mc∙ Cpc y Ch=mh ∙Cph sonlas razones de capacidad calorífica de losfluidos frío y caliente, respectivamente.

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Para determinar la razón máxima posible de

la transferencia de calor de un

intercambiador, en primer lugar se reconoce

que la diferencia de temperatura máxima

que se produce en él es la diferencia entre las

temperaturas de entrada de los fluidos

caliente y frío; es decir:

Intercambiadores de calor

Método de la Eficiencia-Ntu

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Intercambiadores de calor

Método de la Eficiencia-Ntu

La transferencia de calor en unintercambiador alcanzará su valor máximocuando el fluido frío se caliente hasta latemperatura de entrada del caliente o elfluido caliente se enfríe hasta la temperaturade entrada del frío.

Estas dos condiciones límites no sealcanzarán en forma simultánea a menosque las razones de capacidad calorífica delos fluidos caliente y frío sean idénticas, esdecir, Cc=Ch . Cuando, Cc≠Ch, el fluido conla razón de capacidad calorífica menorexperimentará un cambio más grande entemperatura y, de este modo, será el primeroen experimentar la diferencia máxima detemperatura

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Intercambiadores de calor

Método de la Eficiencia-Ntu

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Intercambiadores de calor

Método de la Eficiencia-Ntu

Entonces, una vez que se conoce laefectividad del intercambiador, se puededeterminar la razón de la transferencia decalor reala partir de:

La efectividad de un intercambiador de calordepende de su configuración geométrica asícomo de la configuración del flujo.

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Intercambiadores de calor

Método de la Eficiencia-Ntu

Por lo tanto, los diferentes tipos deintercambiadores tienen relacionesdiferentes para la efectividad. Por lo comúnlas relaciones de la efectividad de losintercambiadores de calor incluyen el grupoadimensional:

Donde U es el coeficiente de transferenciade calor total y As es el área superficial detransferencia del intercambiador. Esimportante resaltar que NTU esproporcional a As.

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Intercambiadores de calor

Método de la Eficiencia-Ntu

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Intercambiadores de calor

Método de la Eficiencia-Ntu

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Intercambiadores de calor

Método de la Eficiencia-Ntu

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Intercambiadores de calor

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