Intercambiadores de calor

INTERCAMBIADOR DE CALOR

I.- OBJETIVOS:

➢ Calcular el valor del coeficiente global de transferencia de calor para un intercambiador de doble tubo.

➢ Calcular el coeficiente pelicular del fluido interno y coeficiente pelicular externo por parte del condensado.

II.- FUNDAMENTO TEORICO:

TRANSFERENCIA DE CALOR CON CAMBIO DE FASE:

Los procesos de transmisión de caloracompañados por un cambio de fase son más complejos que el simple intercambio de calor entre fluidos. Un cambio de fase implica la adición o substracción de cantidades considerables de energía calorífica a temperatura constante o casi constante.

La velocidad del cambio de fase puede estar regida por la velocidad de transmisión de calor, pero más frecuentemente, está gobernada por la velocidad denucleación de burbujas, gotas o cristales, y por el comportamiento de la nueva fase una vez formada.

La condensación de vapores sobre superficies tubulares más frías que la temperatura de condensación del vapor es de gran importancia en los procesos en los que intervienen vapores tales como los de agua, hidrocarburos y otras sustancias volátiles. El vapor que condensa puede ser una sustancia pura, unamezcla de sustancias condensables y no condensables, o una mezcla de dos o más vapores condensables.

Las pérdidas por fricción en un condensador son generalmente muy pequeñas, de forma que la condensación es esencialmente un proceso a presión constante. La temperatura de condensación de una sustancia pura depende exclusivamente de la presión y, por consiguiente, la condensación de unasustancia pura es un proceso isotérmico.

El condensado también es una sustancia pura. La condensación de una mezcla de vapores, a presión constante, se produce en un intervalo de temperatura y genera un condensado cuya composición va variando hasta que condensa todo el vapor, momento en que la composición del condensado es igual a la del vapor original no condensado.

CONDENSACION EN GOTAS YPELICULAS:

Un vapor puede condensar sobre una superficie fría en una de estas dos formas: en gotas o en película. En la condensación en película, que es más frecuente que la condensación en gotas, el líquido condensado forma una película o capa continua que fluye sobre la superficie del tubo por acción de la gravedad. Esta capa de líquido interpuesta entre el vapor y la pared del tubo es la queproporciona la resistencia al flujo de calor y, por consiguiente, la que fija el valor del coeficiente de transmisión de calor.

En la condensación en gotas el condensado comienza a formarse en puntos microscópicos de nucleación, tales como hoyos diminutos, arañazos y manchas de polvo. Las gotas crecen y se juntan con otras que están en sus inmediaciones para formar pequeñas gotas visibles, análogas alas que se forman sobre la superficie de un vaso que contiene agua fría cuando se expone a un ambiente húmedo.

Las gotas finas se reúnen a su vez formando arroyuelos que fluyen hacia abajo por acción de la gravedad, barren el condensado y dejan la superficie libre para la formación de nuevas gotitas. Durante la condensación en forma de gotas una gran parte de la superficie fría está desnuda y,por consiguiente, directamente expuesta al vapor.

Como no hay película de líquido, la resistencia a la transmisión de calor en las áreas desnudas es muy pequeña, de forma que el coeficiente de transmisión de calor es muy elevado. El coeficiente medio para la condensación en gotas puede ser de cinco a ocho veces mayor que para la condensación en película. En tubos largos puede habercondensación en película en una parte de la superficie y en gotas en el resto.

Si bien se han hecho algunos intentos para aprovechar prácticamente estos elevados coeficientes, provocando artificialmente la condensación en gotas, este tipo de condensación es inestable y difícil de mantener, razón por la cual el método es muy poco utilizado. Por otra parte, la resistencia de la capa de vapor condensado,...