Termodinamica



Selección de componentes para un sistema de Transferencia de calor, utilizando las leyes de la mecánica de Fluidos y Termodinámica


INTEGRANTES:

PROFESOR:

GRUPO:
C13-3-ABC
FECHA DE ENTREGA:
04/06/2012



2012-I

Objetivos:
Describir los tipos básicos de intercambiadores de calor, indicando sus aplicaciones principales y criterios de selección.

Desarrollar el método decálculo de un intercambiador de calor, identificando su temperatura de intercambio, dimensiones y cantidad de tubos.

Introducción de las leyes de la mecánica de fluidos y termodinámica para la selección de equipos y componentes.

Fundamento teórico:
1) Introducción:
Los Intercambiadores de Calor son aparatos que facilitan el intercambio de calor entre dos fluidos que se encuentran atemperaturas diferentes y evitan al mismo tiempo que se mezclen entre sí. Los intercambiadores de calor difieren de las cámaras de mezclado en el sentido de que no permiten que se combinen los dos fluidos que intervienen.
En un intercambiador la transferencia de calor suele comprender convección en cada fluido y conducción a través de la pared que los separa. En el análisis de los intercambiadoresde calor resulta conveniente trabajar con un coeficiente de transferencia de calor total U que toma en cuenta la contribución de todos estos efectos sobre dicha transferencia.

2) Tipos de Intercambiadores de Calor:

a) Tubo Doble.- Es el tipo más sencillo de intercambiador de calor. Está constituido por dos tubos concéntricos de diámetros diferentes. Uno de los fluidos fluye por el tubo demenor diámetro y el otro fluido fluye por el espacio anular entre los dos tubos. En este tipo de intercambiador son posibles dos configuraciones en cuanto a la dirección del flujo de los fluidos: contraflujo y flujo paralelo. En la configuración en flujo paralelo los dos fluidos entran por el mismo extremo y fluyen en el mismo sentido. En la configuración en contraflujo los fluidos entran por losextremos opuestos y fluyen en sentidos opuestos.


En un intercambiador de calor en flujo paralelo la temperatura de salida del fluido frio nunca puede ser superior a la temperatura de salida del fluido caliente.
En un intercambiador de calor en contraflujo la temperatura de salida del fluido frio puede ser superior a la temperatura de salida del fluido caliente. El caso límite se tiene cuandola temperatura de salida del fluido frio es igual a la temperatura de entrada del fluido caliente. La temperatura de salida del fluido frio nunca puede ser superior a la temperatura de entrada del fluido caliente.

- En la figura siguiente se muestran esquemas de las dos configuraciones así como la evolución de la temperatura de los fluidos en cada una de ellas:





b) Compactos.- Sonintercambiadores diseñados para lograr una gran área superficial de transferencia de calor por unidad de volumen. La razón entre el área superficial de transferencia de calor y su volumen es la densidad de área b. Un intercambiador con b > 700 m2/m3 se clasifica como compacto. Ejemplos de intercambiadores de calor compactos son los radiadores de automóviles, los intercambiadores de calor de cerámicade vidrio de las turbinas de gas, el regenerador del motor Stirling y el pulmón humano.

En los intercambiadores compactos los dos fluidos suelen moverse en direcciones ortogonales entre sí. Esta configuración de flujo recibe el nombre de flujo cruzado. El flujo cruzado se clasifica a su vez en mezclado (uno de los fluidos fluye libremente en dirección ortogonal al otro, sin restricciones) y nomezclado (se disponen una placas para guiar el flujo de uno de los fluidos). En la figura siguiente se muestran esquemas de ambos tipos de flujo:







c) Casco y Tubos.- Es el tipo más común de intercambiadores de calor en las aplicaciones industriales. Estos tipos de intercambiadores están compuestos por gran cantidad de tubos (a veces varios cientos) contenidos en un casco. Los...