Intercambiadores de calor

OPERACIONES UNITARIAS
2009

TEMA 2 - CALOR: CONVECCION

CONVECCION DEL CALOR CONVECCION: Transferencia de calor entre fluido frío adyacente que reciben calor de superficies calientes, que transfieren al resto del fluido frió por mezcla, o partes calientes y frías de un fluido por mezclas. ( agua que se calienta en un recipiente). NATURAL O LIBRE FORZADA

CONVECCION DEL CALOR
Ti

QTo ∆ Ti TP Tw ∆ to

Ai ( Ti - Tp ) Ao ( Tw - To ) Q = -------------- = ------------------Ri Ro
Q = hi Ai ∆ Ti = ho Ao ∆ To

CONVECCION DEL CALOR
h : COEFICIENTE PELICULAR DE TRANSMISION DE CALOR POR CONVECCION ( Kcal / h m2 ºC )

definir; A y ∆t
FLUJO TURBULENTO FLUJO LAMINAR

h : ¨no es una constante característica del fluido¨ fluido¨ h : ¨no es una propiedad de transporte¨ transporte¨CONVECCION DEL CALOR
Q = h A ∆t
Q : FLUJO DE CALOR ( Kcal / h ) A : AREA DE INTERCAMBIO DE CALOR ( m2 )

∆ T : DIFERENCIA DE TEMPERATURA ( ºC )
h : COEFICIENTE PELICULAR DE TRANSMISION DE CALOR POR CONVECCION ( Kcal / h m2 ºC )

CONVECCION DEL CALOR
h : DEPENDE DE MUCHAS VARIABLES a) PROPIEDADES DEL FLUIDO ( ρ , µ , λ , cp ) b) GEOMETRIA DEL SISTEMA c) VELOCIDAD DEL FLUIDO d)DIFERENCIA CARACTERISTICA DE Tº ) e) DISTRIBUCION DE Tº EN LA SUPERFICIE )

CONVECCCION DEL CALOR
Q Q Q Q

VAPOR FLUIDO CALIENTE VAPOR

FLUIDO FRIO
Q Q Tp T T1 Q Q

T2

∆ T ∆ T1
Q = hi Ai (Tp - T) = hi Ai ∆ Ti

∆ T2

CONVECCION DEL CALOR
cP = cte

∆ T∼ Q

T1 a T2

dQ = hi dAi ∆ Ti

d ∆ Ti ∆ T2 - ∆ T1 ------- = --------------dQ Q hi dAi -------- (∆ T2 - ∆ T1 ) = Q

∆ T1 = Tp- T2 ∆ T2 = Tp - T1
∆ T2

d ∆ Ti -------∆ T1 ∆ T i

(∆ T2 - ∆ T1 ) Q = hi dAi -------------------ln l (∆ T2 / ∆ T1 )

CONVECCION DEL CALOR
(∆ T2 - ∆ T1 ) -------------------ln (∆ T2 / ∆ T1 ) MEDIA LOGARITMICA DE LA DIFERENCIA DE TEMPERATURAS MLDTi hi : especifico para MLDT

CONVECCION DEL CALOR

CONVECCION DEL CALOR
Q = W cP (T2 - T1 ) = hi Ai ∆ Ti ( W cP ( 2 - T1 ) (T hi =--------------------Ai ∆ Ti
EL PROBLEMA DE LA INDUSTRIA, NO ES ENCONTRAR ( hi ) ES CONOCER LA SUPERFICIE DE ), TRANSFERENCIA ( Ai )

CONVECCION DEL CALOR
ANALISIS DIMENSIONAL CORRELACIONAR CIERTO NUMERO DE VARIABLES EXPRESANDO UN EFECTO ECUACIONES QUE DESCRIBEN FENOMENOS FISICOS OBTENIDAS RACIONALMENTE DE LEYES BASICAS DERIVADAS DE EXPERIMENTOS. nº de Reynols (Re): ( Fuerzas de inercia vs viscosas )( régimen de escurrimiento ) g nº de Prandtl (Pt):( Difusividad molecular de cantidad de movimiento vs Difusividad molecular del calor) ( capa limite)

CONVECCCION DEL CALOR
Q Q Q Q

VAPOR FLUIDO CALIENTE VAPOR

FLUIDO FRIO
Q Q Tp T T1 Q Q

T2

∆ T ∆ T1

∆ T2

Q = hi Ai (Tp - T) = hi Ai ∆ Ti = hi Ai MLDTi

CONVECCION DEL CALOR
DIFERENCIA DE TEMPERATURA EN EQUIPOS INDUSTRIALESNO SE PUEDE MEDIR PROMEDIO DE TEMPERATURAS EN LAS CAÑERIAS UNICAMENTE Tº DE ENTRADA Y Tº DE SALIDA DE LOS FLUIDOS CALIENTES Y FRIOS

TEMPERATURAS DE PROCESO U S OC SO

CONVECCCION DEL CALOR
Tc2 Tf1 Tc Tc2 Tf1 Tc1 Tf2
FLUJO CONTRACORRIENTE

Tc1 Tf2

∆T1 = Tc2 - Tf1 ∆T2 = Tc1 - Tf2

Tf
x L

CONVECCCION DEL CALOR
Tc1 Tf1 Tc1 Tc2 Tf2
FLUJO CO-CORRIENTE CO CORRIENTE

Tc Tf
x LTc2 Tf2

∆T2 = Tc1 - Tf1 ∆T1= Tc2 - Tf2

Tf1

CONVECCION DEL CALOR
RESISTENCIA DE LA PELICULA DEL FLUIDO FRIO

RESISTENCIA DE LA PARED DEL TUBO

RESISTENCIA DE LA PELICULA DEL FLUIDO CALIENTE

1 Lm 1 Σ R = ---- + ---- + ---hi km ho

CONVECCION DEL CALOR
Σ R = RESISTENCIA TOTAL Σ R =1⁄ U

U = COEFICIENTE TOTAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR

1 1 2 3Do 2,3D Do 1 ----- =------------- + -------- log --- + ---U h i ( Di ⁄ Do ) 2 km Di ho Q = UA∆ T 1 1 1 ----- = ------------- + ---U h i ( Di ⁄ Do ) ho

CONVECCION DEL CALOR

INTERCAMBIADORES DE CALOR

CONVECCION DEL CALOR

Generalidades
• El calor se puede transmitir por:
Conducción Convección Radiación

• En el caso de los intercambiadores, la t a se e ca transferencia de calor se realiza en forma ca o ea a e o...