Intercambio de calor

CAPITULO 11

Intercambiadores DE CALOR

Los intercambiadores de calor son dispositivos utilizado para el intercambio de calor entre dos fluidos que están a diferentes temperatura. Esta aplicaciones la podemos encontrar en: acondicionadores de aire, calefacciones, producción de potencia, etc.. Clasificación de los intercambiadores de calor Los intercambiadores de calor normalmente seclasifican de acuerdo con el arreglo de flujo y el tipo de construcción. Los mas simple son aquellos en que los fluidos caliente y frío se mueven en la misma dirección o dirección opuesta, en una construcción de tubos concéntrico ( doble tubo). Los arreglos de flujo paralelo, los fluidos (los fluidos caliente y frío) entran por el mismo sitio y salen por sitios diferentes, los arreglos de contra flujo,los fluidos entran por extremos opuestos y salen por extremos opuestos.

T

f x, y

T

f x

Estas dos condiciones difieren según el fluido que se mueve entre los tubos este mezclado o no mezclado. En la primera figura se dice que el fluido no esta mezclado porque la aletas impiden el movimiento en una dirección (y), en este caso la temperatura varia con x Y y. Por el contrario para elcontrario para el conjunto de tubo sin aletas ( caso b) es posible el movimiento en la dirección transversal, en consecuencia el fluido es mezclado y permite el cambio de temperatura. Otras formas común de intercambiadores de calor es de tubo y coraza, estas formas difieren según el paso de tubos y corazas .

Intercambiadores de calor de tubos y coraza, (a) un paso por la coraza y dos pasos porlos tubos. (b) dos paso por la coraza y cuatro por los tubos. Una clase especial de intercambiadores de calor se usa para conseguir de superficial de transferencia de calor por unidad de volumen muy grande (>700m2/m3). Denominado intercambiadores de calor compacto, son utilizado cuando uno de los fluido es gas. Coeficiente global de transferencia de calor Una parte especial de cualquier análisis deintercambiadores de calor es el Coeficiente global de transferencia de calor. Este coeficiente se define en términos de la resistencia térmica total para la transferencia de calor total para los diferentes fluidos.

A diferencia del capitulo 3 aquí debemos tomar en cuenta las obstrucciones por impureza, formación de moho y otras reacciones entre el fluido y el material de la pared. Por estarazón debemos agregar nuevos términos a la ecuación 3.19

1 UA

1 U c Ac

1 U h Ah R f ,c
0A c

1 0 hA c

Rw

R f ,c
0A h

1 0 hA h

11.1

Donde Rf es el factor de impureza y su valor depende de la temperatura de operación, velocidad del fluido y tiempo de servicias, Rw es la resistencia de contacto y se obtiene de la ecuación 3.6 y 3.28 según el medio (pared plana o cilíndrica) η0se denomina eficiencia superficial global o efectividad de temperatura de una superficie con alertas.

0

1

Af A

1

f

11.3

Donde A es el área superficial total de aletas mas base expuesta, Af es toda el ares superficial de las aletas y ηf es la eficiencia de una aleta.
f

Tanh mL mL

11.4

Donde m=(2h/kT)1/2 y t es el espesor de la aleta

Para intercambiadores de calortubulares y sin aletas la ecuación 11.1 la expiemos como:

1 UA 1 i Ai

1 U c Ac R f ,c Ai

1 U h Ah ln( D0 Di ) 2 kL R f ,c A0 1 h0 A0 11.5

Donde i y 0 se refieren a la superficie interna y externa del tubo.

Tabla 11.1 Factores de impureza representativos
Fluidos Agua de mar y agua tratada para alimentación de una caldera (por debajo de 50C) R”(m2.K/W) 0.0001

Agua de mar y aguatratada para alimentación de una caldera (por arriba de 50C)
Agua de río (por debajo de 50C) Aceite de motor Líquidos refrigerantes Vapor (no aceitoso)

0.0002

0.0002-0.001 0.0009 0.0002 0.0001

Tabla 11.2 Valores representativos del coeficiente global de transferencia de calor
Combinación de fluidos Agua con agua Agua con aceite Condensador de vapor (agua en tubos) U (W/m2.K) 850-1700...