diseño y optimizacion de intercambiadores de calor

Páginas: 13 (3005 palabras) Publicado: 18 de marzo de 2013
LA CAÍDA DE PRESIÓN EN EL DISEÑO Y OPTIMIZACIÓN
DE INTERCAMBIADORES DE CALOR COMPACTOS.
Ing. Martín T. Martínez García *
Dr. Martín Picón Nuñez
ISTITUTO DE INVESTIGACIONES CIENTIFICAS
UNIVERSIDAD DE GUANAJUATO
LASCURAIN DE RETANA No. 5
CP. 36000
GUANAJUATO, GTO.
TEL. 0147327554
FAX. 0147326252
e-mail . garciamt@quijote.ugto.mx
INTRODUCCIÓN
Desde su aparición en la década de los 30´s,los intercambiadores de calor compactos han tenido un
uso extenso en la industria de los procesos químicos. Las razones de esa popularidad [1], se deben a
que este tipo de equipos supera todas las limitaciones presentadas por los intercambiadores de calor
convencionales de tubos y coraza. Cuando se diseña un intercambiador de calor compacto, se deben
de considerar varios factores; área,coeficientes de transferencia de calor, volumen, costos de
bombeo, de fabricación del equipo, etc., y realizar un balance entre todos ellos para encontrar la
combinación optima. Sin embargo el conocimiento y desarrollo de los intercambiadores de calor
compactos en nuestro país no es muy extenso. Debido a que, no existen estándares que sean del
dominio publico, para la fabricación de estos equipos.Ya que cada fabricante tiene sus propios
patrones de diseño y construcción. El software de diseño no esta disponible como sucede con los
intercambiadores de tubos y coraza, y finalmente las condiciones de temperatura y presión que
pueden soportar en operación [2,3 ].
El método de diseño que aquí se describe considera como restricción o variable de diseño a la caída
de presión, maximizandoeste parámetro para el calculo del resto de los parámetros que completen
el diseño. Los intercambiadores de calor compactos más comunes son los de placas paralelas, placas
en espiral, tubos con aletas e intercambiadores de calor de circuitos impresos. En él presente trabajo
se desarrolló las relaciones que definen el modelo termohidraulico y los métodos para el diseño de
intercambiadores de calorcompactos de los tres primeros tipos.
En la segunda parte de este trabajo se realiza un balance entre el costo del intercambiador y el costo
de la energía gastada como fricción por los fluidos al ser transportados ( costo de bombeo ), y se
desarrolla un método para la optimización de estos intercambiadores de calor. El método de
optimización utiliza las relaciones obtenidas en la primeraparte del trabajo ya que estas representan
las restricciones de diseño y en combinación con relaciones para los costos de bombeo y del área de
intercambio de calor, se determina el diseño optimo. Las relaciones de costos para el caso del
estudio analizado son relaciones supuestas tomadas de las referencias bibliográficas.

MODELO TERMOHIDRAULICO
COMPACTOS.

PARA

INTERCAMBIADORES

DECALOR

1. Modelo termohidraulico para intercambiadores de calor en espiral.
El diseño optimo que considera las restricciones de caída de presión y de costos del intercambiador
ha sido abordado recientemente en [4, 5]. Para un intercambiador de calor que opera con fluidos de
alta viscosidad, el gasto de potencia es relativamente menor a la rapidez de transferencia de calor.
Mientras que paralíquidos de baja densidad, como los gases, es común gastar tanta energía
mecánica en forma de energía de fricción, así como la cantidad de calor que es transferida.
Partiendo de la ecuación para el coeficiente de transferencia de calor, determinada empíricamente
[6], se tiene que :
−2

D
h =  1 + 3.5 e  0.023 c p G Re 0 . 2 Pr 3
Dh 


(1)

G representa la velocidad másica. Yconsiderando el área total de transferencia de calor en función
del ancho de la placa y de la longitud de la placa la ecuación para el coeficiente de película es:

h = 001265
.

cp
L

0.2

Re Pr

−2
3

(2)

Considerando el mismo procedimiento para la caída de presión, se parte de la expresión presentada
por Minton [6]. Esta expresión también es particular para el caso que se...
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