Balance de energía, materia e incremento de entropía en intercambiador de calor



Termodinámica: laboratorio 3
Balance de energía, materia e incremento de entropía en intercambiador de calor







Nombre: Guillermo Carmona
Asignatura: Lab. de Termodinámica






Introducción

En ingeniería se entiende la Termodinámica como la cienciaque estudia la materia, la energía y la entropía, en sus diferentes manifestaciones y transformaciones, como también se plantea, que la base del conocimiento Termodinámico son las observaciones experimentales, las cuales han sido expresadas en lenguaje matemático a través de Leyes
Termodinámicas. Esta ciencia a través de sus leyes, participa en las etapas de diseño, construcción y optimización,de todos los Procesos que involucren transformaciones de una forma a otra de energía. Una de las aplicaciones en ingeniería, al respecto, son los intercambiadores de calor. Estos son equipos para transferir (recuperar) calor (energía) desde una corriente de un fluido caliente a otra constituida por un fluido más frío. En estos equipos es posible reconocer todos los principios termodinámicos antesmencionados, en especial los que corresponden a sistemas en flujo, aún cuando en la mayoría de los casos no existe en ellos transferencia de energía por trabajo.



















Marco teórico


En la termodinámica de los Sistemas en Flujo es necesario incorporar para el análisis, los principios de conservación de materia, energía e incremento de entropía.

Principios enIntercambiador de Calor Cerrado
Los intercambiadores de tipo cerrado son aquellos en los cuales ocurre transferencia de calor entre dos corrientes fluidas que no se mezclan o que no tienen contacto entre sí. Las corrientes de fluido que están involucradas en esa forma están separadas entre sí por una pared de tubo, o por cualquier otra superficie. En consecuencia, la transferencia de calor ocurrepor la convección desde el fluido más cliente a la superficie sólida, por conducción a través del sólido y de ahí por convección desde la superficie sólida al fluido más frío. Los Intercambiadores de calor de coraza y tubos son unidades compuestas en esencia por tubos de sección circular montados dentro de una coraza cilíndrica con sus ejes paralelos al aire de la coraza. Los intercambiadores decalor líquido-líquido pertenecen en general a este grupo y también en algunos casos los intercambiadores gas-gas. Son muy adecuados en las aplicaciones en las cuales la relación entre los coeficientes de transferencia de calor de las dos superficies o lados opuestos es generalmente del orden de 3 a 4 y los valores absolutos son en general menores que los correspondientes a los intercambiadores decalor líquido-líquido en un factor de 10 a 100, por lo tanto se requiere un volumen mucho mayor para transferir la misma cantidad de calor.

Clasificación por la distribución de flujo
Tenemos cuatro tipos de configuraciones más comunes en la trayectoria del flujo.
En la distribución de flujo en paralelo(a), los fluidos caliente y frío, entran por el mismo extremo del intercambiador, fluyen através de él en la misma dirección y salen por el otro extremo.
En la distribución en contracorriente (b), los fluidos caliente y frío entran por los extremos opuestos del intercambiador y fluyen en direcciones opuestas.
En la distribución en flujo cruzado de un solo paso, un fluido se desplaza dentro del intercambiador perpendicularmente a la trayectoria del otro fluido.
En la distribución enflujo cruzado de paso múltiple, un fluido se desplaza transversalmente en forma alternativa con respecto a la otra corriente de fluido.



Efectividad de un Intercambiador
La efectividad de transferencia de calor se define como la razón de la transferencia de calor lograda en un intercambiador de calor a la máxima transferencia posible, si se dispusiera de área infinita de transferencia de...