Intercambiadores Compactos
Páginas: 5 (1126 palabras)
Publicado: 1 de febrero de 2013
INTERCAMBIADORES COMPACTOS
Son intercambiadores diseñados para lograr una gran área superficial de transferencia de calor por unidad de volumen. La razón entre el área superficial de transferencia de calor y su volumen es la densidad de área b. Un intercambiador con b > 700 m2/m3 se clasifica como compacto. Ejemplos de intercambiadores de calor compactos son los radiadores de automóviles yel pulmón humano.
En los intercambiadores compactos los dos fluidos suelen moverse en direcciones perpendiculares entre sí. Esta configuración de flujo recibe el nombre de flujo cruzado. El flujo cruzado se clasifica a su vez en mezclado (uno de los fluidos fluye libremente en dirección ortogonal al otro sin restricciones) y no mezclado (se disponen unas placas para guiar el flujo de uno de losfluidos). En la figura siguiente se muestran esquemas de ambos tipos de flujo.
Figura 9. Intercambiador compacto
CÁLCULOS CORRESPONDIENTES
Las ecuaciones y definiciones básicas utilizadas en cálculos de intercambiadores de calor son las mostradas a continuación:
Balances de energía:
Si no hay cambio de fase en el fluido caliente (c) y en el frío (f):
Q=(mc)Cpc(Tc1-Tc2)(1)
Q=(mf)Cpf(Tf1-Tf2) (2)
donde mc y mf son las tasas de flujo másico de los fluidos caliente y frío respectivamente. Cpc y Cpf son los calores específicos de los fluidos frío y caliente. Tc1 y Tc2 son las temperaturas de entrada y salida del fluido caliente. Tf1 y Tf2 son las temperaturas de entrada y salida del fluido frío.
Relaciones matemáticas básicas de transferencia decalor:
Q=UALMTD (para diseños de una sola etapa) (3)
Q=UACMTD (para diseños de dos o más etapas) (4)
Cuando los ingenieros calculan la transferencia teórica de calor en un intercambiador, deben lidiar con el hecho de que el gradiente de temperaturas entre ambos fluidos varía con la posición. Para solucionar el problema suele usarse la diferencia de temperaturas medialogarítmica (LMTD por sus siglas en inglés) como temperatura 'media'.
El término LMTD (ver figura 10) se presenta debido a que la temperatura de uno de los dos fluidos en consideración varía de acuerdo con su recorrido en la dirección de flujo. A través de una longitud L, en un punto donde L = 0 existirá una T entre los dos fluidos y en un punto donde L = L existirá otra T realizándose la medición de Len el sentido del flujo de uno de los dos fluidos.
El A es el área externa de transferencia de calor.
El U corresponde al coeficiente global de transferencia de calor. Son los coeficientes convectivos de transferencia de calor en el lado caliente y en el lado frío de la pared metálica. El coeficiente global de transferencia de calor total para intercambiadores de calor depende no sólo delos coeficientes convectivos de transferencia de calor, sino además de las superficies interior y exterior del tubo. El coeficiente global de transferencia de calor total es importante ya que nos proporciona la cantidad total de calor transferido cuando se multiplica este por área de la superficie del exterior del tubo y T. Desde el punto de vista del diseño del intercambiador de calor, puede estarbasado, tanto en el área del interior del tubo como la exterior. Aunque los diseños finales de los intercambiadores de calor dependen ampliamente de los cálculos de “U”, resulta de utilidad disponer de valores tabulados del coeficiente global para varias situaciones que se puedan encontrar en la práctica.
Como criterio de diseño, siempre se recomienda el diseño de sistemas a contracorriente.Ocupan menos espacio porque el área de contacto es menor. El sentido inverso del flujo de los fluidos los favorece.
T2
T1
T2
t2
T2
T1
t1
T1
T2
t1
T1
t2
Figura 10. Gráficas de temperaturas a flujo en paralelo y a contraflujo
LMTD=ΔT1-ΔT2lnΔT1ΔT2
Para flujo en paralelo:
ΔT1=T1-t1
ΔT2=T2-t2
Para flujo en contracorriente:
ΔT1=T1-t2
ΔT2=T2-t1
Para ello es...
Son intercambiadores diseñados para lograr una gran área superficial de transferencia de calor por unidad de volumen. La razón entre el área superficial de transferencia de calor y su volumen es la densidad de área b. Un intercambiador con b > 700 m2/m3 se clasifica como compacto. Ejemplos de intercambiadores de calor compactos son los radiadores de automóviles yel pulmón humano.
En los intercambiadores compactos los dos fluidos suelen moverse en direcciones perpendiculares entre sí. Esta configuración de flujo recibe el nombre de flujo cruzado. El flujo cruzado se clasifica a su vez en mezclado (uno de los fluidos fluye libremente en dirección ortogonal al otro sin restricciones) y no mezclado (se disponen unas placas para guiar el flujo de uno de losfluidos). En la figura siguiente se muestran esquemas de ambos tipos de flujo.
Figura 9. Intercambiador compacto
CÁLCULOS CORRESPONDIENTES
Las ecuaciones y definiciones básicas utilizadas en cálculos de intercambiadores de calor son las mostradas a continuación:
Balances de energía:
Si no hay cambio de fase en el fluido caliente (c) y en el frío (f):
Q=(mc)Cpc(Tc1-Tc2)(1)
Q=(mf)Cpf(Tf1-Tf2) (2)
donde mc y mf son las tasas de flujo másico de los fluidos caliente y frío respectivamente. Cpc y Cpf son los calores específicos de los fluidos frío y caliente. Tc1 y Tc2 son las temperaturas de entrada y salida del fluido caliente. Tf1 y Tf2 son las temperaturas de entrada y salida del fluido frío.
Relaciones matemáticas básicas de transferencia decalor:
Q=UALMTD (para diseños de una sola etapa) (3)
Q=UACMTD (para diseños de dos o más etapas) (4)
Cuando los ingenieros calculan la transferencia teórica de calor en un intercambiador, deben lidiar con el hecho de que el gradiente de temperaturas entre ambos fluidos varía con la posición. Para solucionar el problema suele usarse la diferencia de temperaturas medialogarítmica (LMTD por sus siglas en inglés) como temperatura 'media'.
El término LMTD (ver figura 10) se presenta debido a que la temperatura de uno de los dos fluidos en consideración varía de acuerdo con su recorrido en la dirección de flujo. A través de una longitud L, en un punto donde L = 0 existirá una T entre los dos fluidos y en un punto donde L = L existirá otra T realizándose la medición de Len el sentido del flujo de uno de los dos fluidos.
El A es el área externa de transferencia de calor.
El U corresponde al coeficiente global de transferencia de calor. Son los coeficientes convectivos de transferencia de calor en el lado caliente y en el lado frío de la pared metálica. El coeficiente global de transferencia de calor total para intercambiadores de calor depende no sólo delos coeficientes convectivos de transferencia de calor, sino además de las superficies interior y exterior del tubo. El coeficiente global de transferencia de calor total es importante ya que nos proporciona la cantidad total de calor transferido cuando se multiplica este por área de la superficie del exterior del tubo y T. Desde el punto de vista del diseño del intercambiador de calor, puede estarbasado, tanto en el área del interior del tubo como la exterior. Aunque los diseños finales de los intercambiadores de calor dependen ampliamente de los cálculos de “U”, resulta de utilidad disponer de valores tabulados del coeficiente global para varias situaciones que se puedan encontrar en la práctica.
Como criterio de diseño, siempre se recomienda el diseño de sistemas a contracorriente.Ocupan menos espacio porque el área de contacto es menor. El sentido inverso del flujo de los fluidos los favorece.
T2
T1
T2
t2
T2
T1
t1
T1
T2
t1
T1
t2
Figura 10. Gráficas de temperaturas a flujo en paralelo y a contraflujo
LMTD=ΔT1-ΔT2lnΔT1ΔT2
Para flujo en paralelo:
ΔT1=T1-t1
ΔT2=T2-t2
Para flujo en contracorriente:
ΔT1=T1-t2
ΔT2=T2-t1
Para ello es...
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