Cambiador de calor de serpentines
Son cambiadores de calor sencillos empleados para calentamiento o enfriamiento,
se usan mucho como parte de los alambiques, los reactores y las ollas de cocción.
Los cambiadores de calor de serpentín y de chaqueta están por lo general
provistos de equipo de agitación para mejorar los coeficientes.
Como en los otros cambiadores ya vistos laecuación general de diseño es :
Q = Uo Ao ∆Tln
Serpentines
Son tubos arrollados en espiral que se colocan en el interior de los tanques a los
que se desea calentar o enfriar. Por lo general por el interior del serpentín se
introduce el agua de enfriamiento o el vapor de calentamiento.
1
UO
x Do
1
Do
Do
Rdo
Rdi
hO
k W Dwm Di hi
Di
El coeficiente interno hi , dependerá delfenómeno que se produzca, que en
general está dado por :
a) Convección forzada sin cambio de fase.
b) Convección con cambio de fase ( Condensación).
Para los casos a y b se deberá emplear lo dicho en los cambiadores de doble
tubo.
Para obtener el coeficiente de transferencia de calor para el lado del interior del
tanque ho:
2
3
1
Da N Cp 3
ho DT
a
k
k s
2
0.14
Los valores de a dependen del tipo de calentador y del agitador empleado.
Agitado
r
Turbina
Turbina
Paletas
Paletas
Ancla
Superfici
e
Chaqueta
Serpentín
Chaqueta
Serpentín
Chaqueta
a
0.62
1.5
0.36
0.87
0.54
Propela
Propela
Chaqueta 0.54
Serpentín 0.83
¿Cómo se calcula la potencia requerida en un agitador?¿Para que se emplean los deflectores o baffles?
Fig. 19.- Tipos de agitadores..
Chaquetas o camisas de calentamiento
Consisten en un tanque con doble fondo por el que pasa el agua o el vapor de
calentamiento.
En estos cambiadores el coeficiente interno está regido por :
a) Calentamiento o enfriamiento.
b) Condensación de un vapor.
Para el caso (b).
Condensación de vapores en el interior detubos verticales
V
L
0.5
L
Nu 0.0054PrL ReV
V
hDi
4W
; ReV
;PrL = Prandlt del líquido
en donde Nu
kL
v Di
condensado
W = flujo másico de vapor, kg/ s
kL = conductividad térmica del líquido ; μL viscosidad del líquido;
μV = viscosidad del vapor ;ρL = densidad del líquido ; ρV = densidad del vapor.
Todas las propiedadesdel fluido se determinan a la temperatura local de
saturación.
También puede usarse el valor de hi = 5000 kcal /h m2 ° C como una buena
aproximación para empezar los cálculos.
Para el caso a)
Si la chaqueta tiene mamparas en espiral y el Re es mayor de 10 000 entonces
De
hij hi1 3.5
Di
0.65
0.9
hiDe
0.027 Re 0.8 Pr 0.33
k
S
Re
0.14
DeV
De 4w
en donde w = ancho del espacio anular.
Si la chaqueta no tiene mamparas. Para Reynolds grandes >4000
hiDe
0.27 Re 0.8 Pr 0.33
k
S
0.14
Dje 2 Dji 2
De
Dji
Djo = diámetro externo de la chaqueta; Dji = diámetro interno de la chaqueta.
Para Reynolds bajos
0.8
hiDe
De Djo
1.02 Re 0.45Pr 0.33
k
L Dji
y De = Djo – Dji
L= longitud de paso por la chaqueta.
0.4
S
0.14
Gr 0.05
El coeficiente externo ho se calcula a partir de las fórmulas manejadas en el caso
del serpentín.
Cálculo de la potencia del agitador
La agitación se puede llevar acabo en tanques con deflectores o mamparas o sin
éstas. Si el tanque no tienemamparas se presenta el vórtice.
Fig 20.- Agitador con mamparas
Fig.21.- Agitador sin mamparas
Cuando se presenta vórtice se requiere evaluar un número adimensional llamado
de Froude, que toma en cuenta los efectos del vórtice.
DaN 2
en donde Da es el diámetro del agitador, N son las revoluciones por
g
segundo del agitador y g la aceleración de la gravedad.
Para obtener la...
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