Intercambiadores de calor

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Maquinas y Equipos Térmicos |
Intercambiadores de calor |
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Equipo: Alonzo, Catzin, Cortez, Pat |
02/06/2010 |

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Intercambiadores de calor
Introducción
La aplicación de los principios de la transferencia de calor al diseño de un equipo destinado a cubrir un objetivo determinado en ingeniería, es de capital importancia, porque al aplicar los principios al diseño,el individuo está trabajando en la consecución del importante logro que supone el desarrollo de un producto para obtener provecho económico. A la postre, la economía juega un papel clave en el diseño y selección de equipos de transferencia de calor, y el ingeniero debería tener esto en cuenta al abordar cualquier problema nuevo de diseño de transferencia de calor. El peso y el tamaño de loscambiadores de calor empleados en el espacio o en aplicaciones aeronáuticas son parámetros fundamentales, y en estos casos, las consideraciones sobre los costes de material y fabricación del cambiador de calor quedan frecuentemente subordinados a aquéllos; sin embargo, el peso y el tamaño son factores de coste importantes dentro de la aplicación global en estos campos, y deben seguir considerándose, portanto, como variables económicas. Cada aplicación en particular dictará las reglas a seguir para obtener el mejor diseño en relación a consideraciones económicas, de tamaño, de peso, etc. Un análisis de todos estos factores va más allá del alcance de la presente discusión, pero es bueno recordar que en la práctica, todos ellos deben tenerse en cuenta. Esta discusión sobre cambiadores de caloradoptará la forma de un análisis técnico; esto es, se destacarán los métodos que predicen el funcionamiento de los cambiadores de calor, junto con una discusión sobre los métodos que pueden emplearse para estimar el tamaño y tipo de cambiador de calor necesario para realizar una tarea en particular. A este respecto, el presente estudio se limita a cambiadores de calor en que los modos primarios detransferencia de calor son conducción y convección. Ello no implica que la radiación no sea importante en el diseño del cambiador de calor, porque en muchas aplicaciones importantes en el espacio es el medio principal disponible para efectuar una transferencia de energía.

Coeficiente global de transferencia de calor
Se expresa por:


Donde T, y T, son las temperaturas del fluido a cada ladode la pared. El coeficiente global de transferencia de calor se define mediante la relación

Desde el punto de vista del diseño del cambiador de calor, la pared plana resulta de aplicación poco frecuente; un caso más importante a tener en cuenta sería el de un cambiador de calor con dos tubos concéntricos. En esta aplicación, un fluido circula por el interior del tubo más pequeño, mientras queel otro fluido discurre por el espacio anular que hay entre los dos tubos.

Donde los subíndices i y e corresponden al interior y al exterior del tubo interior más pequeño. El coeficiente global de transferencia de calor puede estar basado, tanto en el área interior del tubo como en la exterior, a discreción del diseñador. Por tanto

Aunque los diseños finales de los cambiadores de calor sehagan sobre la base de cálculos cuidadosos de U, resulta de utilidad disponer de valores tabulados del coeficiente global de transferencia de calor para varias situaciones que se pueden encontrar en la práctica. En las Referencias 5 y 6 se puede encontrar información completa de este tipo. Se debería destacar que el valor de U viene determinado en muchos casos por sólo uno de los coeficientes detransferencia de calor por convección. En la mayoría de los problemas prácticos, la resistencia a la conducción es pequeña comparada con las resistencias a la convección. Entonces, si uno de los valores de h es notablemente más bajo que el otro, tenderá a dominar en la ecuación de U.

Factores de suciedad
Tras un período de funcionamiento, las superficies de transferencia de calor de un cambiador...