Diseño Intercambiador De Calor 2

UNIVERSIDAD
 NACIONAL
 EXPERIMENTAL
 
FRANCISCO
 DE
 MIRANDA
 
PROGRAMA
 DE
 INGENIERIA
 QUIMICA
 
OPERACIONES
 UNITARIAS
 I
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DISEÑO DE UN INTERCAMBIADOR DE
CARCAZA Y TUBO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Prof.
 Ing.
 Mahuli
 A. González
 G.
 

Prof. Ing Mahuli González


 

DIFERENCIA DE TEMPERATURA MEDIA LOGARITMICA
La diferencia de temperaturas en cada punto del intercambiador constituye la
fuerza impulsora mediante la cual se transfiere el calor. En el intercambiador los
fluidos pueden viajar en contracorriente, paralelo, flujo cruzado o una combinación
de ellas, experimentado variaciones de temperatura que noson lineales a lo largo
de su recorrido en el intercambiador. Así, la diferencia de temperatura entre los
fluidos diferirá punto a punto en el intercambiador.
Mediante un balance diferencial de energía en un punto del intercambiador; se
llega a la conclusión de que el promedio logarítmico de la diferencia de
temperaturas de los extremos del intercambiador representa la verdadera fuerza
impulsora deun intercambiador en contracorriente o en paralelo, siendo a su vez
estas medias logarítmicas para cada tipo de flujo, diferentes.
La obtención de la diferencia de temperatura media logarítmica implica dos
hipótesis importantes: los calores específicos no varían con la temperatura y los
coeficientes de transferencia de calor por convección se mantienen constantes al
atravesar el intercambiador decalor. Los fluidos se desplazan, por lo general, en
corrientes del mismo sentido o en contracorriente. Ambos casos están
representados por los perfiles de temperatura que se indican a continuación

Contracorriente

 

 

 
 


 

 

 


 
 


 


 


 


 


 
T

 
 

T L
 

 

 
Ti

 

 


 

(Ti - t i ) - (To - t o )
⎛ T - t i ⎞
⎟
ln ⎜ i
⎝ To- t o ⎠

Prof. Ing Mahuli González


 

to


  T


 

LMTD =


 

ti

0

Paralelo

 

 

 


 

 


  t


 
0

L

To

T

tt


 

 


 
 
T

 
 


 

w


 

w Ti
t


 

oi


 

(Ti - t i ) - (To - t o )
LMTD =
⎛ T - t i ⎞
⎟
ln ⎜ i
⎝ To - t o ⎠


 

w
w


 


 

diferencia de temperatura media logarítmica (LMTD)(7).
A. Contracorriente
Fluidofrío

300 °F entra
200 °F sale

LMTD =

150 °F sale
100 °F entra

(300 - 150) - (200 - 100)
⎛ 300 - 150 ⎞
ln⎜
⎟
⎝ 200 - 100 ⎠

B. Paralelo
Fluido caliente
300 °F entra
200 °F sale

Prof. Ing Mahuli González


 

Fluido frío
150 °F sale
100 °F entra


 
 


 

Para las diferentes configuraciones de flujo mostradas a continuación, calcule la

Fluido caliente


 

LMTD = 123.32 °FLMTD =

(300 - 100) - (200 - 150)
⎛ 300 - 100 ⎞
ln⎜
⎟
⎝ 200 - 150 ⎠

LMTD = 108.2 °F

A. Contracorriente
Fluido caliente

Fluido frío

300 °F entra
200 °F sale

LMTD =

200 °F sale
150 °F entra

(300 - 200) - (200 - 150)
⎛ 300 - 200 ⎞
ln⎜
⎟
⎝ 200 - 150 ⎠

LMTD = 72.13 °F

B. Paralelo
Fluido caliente

Fluido frío

300 °F entra
200 °F sale

LMTD =

200 °F sale
150 °F entra

(300 - 150)- (200 - 200)
⎛ 300 - 150 ⎞
ln⎜
⎟
⎝ 200 - 200 ⎠

=

150

∞

LMTD = 0

Observación:
Si se quisiera construir un intercambiador con este arreglo y para este servicio
particular, el área de transferencia sería infinita, lo cual no es ni económico ni
prácticamente realizable.

Prof. Ing Mahuli González


 

A. Contracorriente
Fluido caliente

Fluido frío

Vapor H2O 300 °F

(entra)

100 °Fentra

Vapor H2O 300 °F

(sale)

275 °F sale

LMTD =

(300 - 275) - (300 - 100)
⎛ 300 - 275⎞
ln⎜
⎟
⎝ 300 - 100 ⎠

LMTD = 84.15 °F

En Paralelo

LMTD =

(300 - 100) - (300 - 275)
⎛ 300 - 100 ⎞
ln⎜
⎟
⎝ 300 - 275⎠

LMTD = 84.15 °F

Si uno de los fluidos se comporta isotérmicamente es irrelevante la configuración
del flujo. En ciertas aplicaciones puede ser ventajoso utilizar arreglos en...