58
Diseño de Aparatos Térmicos Ing. Jorge Luis Alejos Zelaya

Clase 01- DAT

  • Upload
    juan

  • View
    228

  • Download
    2

Embed Size (px)

DESCRIPTION

jmt

Citation preview

Page 1: Clase 01- DAT

Diseño de Aparatos Térmicos

Ing. Jorge Luis Alejos Zelaya

Page 2: Clase 01- DAT

1.1.- Fluidos. Propiedades y Tipos

1.2.- Ecuación de Transporte de Reynolds

1.2.1.-Principio de Conservación de la Masa.1.2.2.-Principio de Conservación de la Energía

1.3.-Velocidad Media. Diámetro Hidráulico.

1.4.- Pérdidas de Carga Hidráulica.

Page 3: Clase 01- DAT

SÓLIDO LIQUIDO GASEOSO PLASMA

FLUIDOSESENCIALES PARA LA VIDA YABUNDANTES EN LA NATURALEZA

EL AIRE ESTA PRESENTE Y RODEA TODAS LAS ACCIONES HUMANAS

LA HUMANIDAD VIVE : SUMERGIDOEN EL FONDO DE UN OCEANO DE AIRE ( TORRICELLI)

Page 4: Clase 01- DAT

Desde el punto de vista de la Mecánica de Fluidos interesa el comportamiento de la materia en un sentido macroscópico, considerándolo en su conjunto como un “Medio Continuo” y por ende sin vacíos intermedios o separaciones entre las partículas

MASA HOMOGENEANO TOMA EN CUENTA

EL MOVIMIENTO DE CADA UNA DE LAS PARTICULAS

PROPIEDADES

Page 5: Clase 01- DAT

PROPIEDADES INTENSIVAS No dependen de la cantidad de materia, de modo que pueden asociarse a un punto. Se designa con letra minúscula

PROPIEDAES EXTENSIVAS Dependen de la cantidad de materia que se considere. Se designa con letra mayúscula

βρdmBkg

J

s

mS.I.TLe

m

m

Ee

m

2

222

Page 6: Clase 01- DAT

Es una sustancia que se deforma continuamente

cuando está sometido a un esfuerzo de corte ó

tangencial, sin importar lo pequeño que sea este.

Page 7: Clase 01- DAT

dy

dv n

dy

dvk

•Fluido Ideal : Viscosidad despreciable•Fluidos Newtonianos : Viscosidad constante y pendiente igual a 1.•Fluidos no Newtonianos : Tienen pendiente diferente de 1. * Pseudoplásticos : Tienen pendiente menor a 1. Son menos resistentes al movimiento al aumentar la razón de deformación : Pintura, Soluciones.

* Dilatantes : Tienen pendiente mayor a 1. Resistentes al movimiento a medida que aumente la razón de deformación: Arenas, Lodos.

NO NEWTONIANOSNO NEWTONIANOS

Page 8: Clase 01- DAT

TEOREMA DE TRANSPORTE DE REYNOLDS

Conexión entre el Método del Sistema y el Método del Volumen de Control en el Análisis Integral.

SCVCsis

dAVdtDt

DN.....

En palabras significa que:

Variación total de la Variación de la masa en el Flujo neto de masa masa del sistema en = tiempo, en el interior del + a través de la superficie el tiempo volumen de control de control

Page 9: Clase 01- DAT

CONSERVACION DE LA MASA

Los elementos de un fluido en movimiento deben cumplir con el requisito básico de la conservación de masa del sistema que conforman y atraviesa un volumen de control. 0

sisDt

DM

SCVCsis

dAVdtDt

DM...

Page 10: Clase 01- DAT

CONSERVACION DE ENERGIA

La Primera Ley de la Termodinámica, conocida también como el Principio de la Conservación de la Energía, es una base sólida para el estudio de las relaciones entre las diferentes formas de la energía y las interacciones de la misma. Con base en observaciones experimentales, la Primera Ley de la termodinámica establece que la energía no puede ser creada, ni destruida, solo puede ser transformada.

dAVedetDt

DESCVC

sis

....

dt

dW

dt

dQ dAPededt

dSCVC

.....

Page 11: Clase 01- DAT

dt

dQENTRADA

ENTRADA

SALIDA

SALIDA PugzV

mPugzV

m

22

22

dt

dW

dt

dQ

ENTRADA

ENTRADA

SALIDA

SALIDA PugzV

mPugzV

m

22

22

dt

dQeess hmhm ..

SI SE DESPRECIA LA ENERGIA CINETICA Y POTENCIALSI SE DESPRECIA LA ENERGIA CINETICA Y POTENCIAL

Page 12: Clase 01- DAT

Pérdidas Hidráulicas Mayores

Resistencia,Primarias ò Fricción:Ecuación de Darcy- Weisbach.

En el cálculo de las pérdidas de carga por resistencia en tuberías, juegan un papel importante dos factores: el que la tubería sea lisa o rugosa y que el régimen de corriente sea laminar o turbulento.

g

V

D

Lfhp 2

.2

.

Page 13: Clase 01- DAT

El Flujo Viscoso se puede clasificar como:

a) Flujo Laminar.- El fluido se desplaza en láminas paralelas entre si. Las partículas se rigen por la Ley de Viscosidad de Newton.

b) Flujo Turbulento.- El movimiento del fluido es caótico, donde las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias se entrecruzan formando pequeños remolinos.

c) Flujo Transitorio:- Es el paso del flujo laminar al turbulento.El paso del flujo laminar a turbulento, se llama flujo transitorio.

Page 14: Clase 01- DAT

Uno de los efectos de la viscosidad en el estudio de los fluidos reales es la distribución de velocidades que depende del tipo del flujo. a) Flujo laminar.- La distribución de velocidades es

parabólica.2

2

22

max

1

R

r

R

rR

V

u

2maxV

V

Page 15: Clase 01- DAT

n

R

r

V

u1

max

1

Ren

b) Flujo turbulento. La distribución de velocidades en régimen turbulento es logarítmica

Donde:

Tabla de Nikuradse

Re 4 x 103 2.3 x 104 1.1 x 106 2 x 106 3.2 x 106

n 6 6.6 8.8 10 10

Page 16: Clase 01- DAT

Numero de Reynolds (Re) .- Es un parámetro adimensional que nos sirve para predecir el

régimen de flujo.

Para casos Prácticos de Ingeniería:

Re < 2000 Flujo de Laminar

2000 < Re < 2300 Flujo Transitorio Re > 2300 Flujo Turbulento

DVDV

aVisFuerza

InerciaFuerza ...

cosRe

Page 17: Clase 01- DAT

Podemos obtener una buena aproximación en los cálculos en conductos de sección transversal no circular utilizamos el Diámetro Hidráulico (DH) en la ecuación anterior.

En una tubería de sección circular de diámetro interior “ d “, el Diámetro Hidráulico es “d”

p

A

MojadoPerimetro

lTransversaSecciónAreaxDH

44

Page 18: Clase 01- DAT

Canal de Sección Rectangular

yb

ybDH 2

4

smv agua

o

/12,0 3

smv Cagua /10 26º10

Problema 10.- Determinar la caída de presión de la sección asciurada en la tubería lisa que se muestra medida en mm:

Page 19: Clase 01- DAT

La transferencia de calor se realiza entre dos puntos o regiones a distintas temperaturas, de tres maneras diferentes.

Conducción: Transmisión de calor debido al movimiento molecular de la sustancia.

Conveccion: Transmisión de calor debido al movimiento molecular y flujo de fluido.

Radiación: Transmisión de calor por medio de ondas electromagnéticas

Page 20: Clase 01- DAT

Principalmente el calculo y diseño de aparatos térmicos en general:

Intercambiadores de Calor. Sistema de Calefacción y Refrigeración. Generadores de Vapor. Calentadores. Centrales Térmicas. Cámaras de Combustión. Hornos.

En algunos casos, se busca la transmisión de calor en forma eficiente (conductores de calor), en otros casos la transmisión de calor debe ser reducida al mínimo.

Page 21: Clase 01- DAT

CONTENIDO

1. PRINCIPIOS BASICOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR.

2. ANALISIS ENERGETICO EXPERIMENTAL.

3. INTERCAMBIADOR DE CALOR DE TUBOS CONCENTRICOS

4. INTERCAMBIADOR DE CALOR DE TUBOS Y CORAZA

5. INTERCAMBIADOR DE CALOR DE PLACAS.

6. APLICACIONES.

Page 22: Clase 01- DAT

Conducción : Es la transferencia de calor en el

interior de un medio material. LEY DE FOURIER Q = - K A

dxdT

K : Conductividad Térmica del material (W / m-K)A : Área Normal al flujo (m2)

dxdT : Gradiente de Temperatura (K / m)

Q : Transferencia del flujo de calor (W)

Donde :

: Resistencia Térmica Conductiva (K / W) = R

AK

e

1.1. PRINCIPIOS BASICO DE TRANSFERENCIA DE PRINCIPIOS BASICO DE TRANSFERENCIA DE CALORCALOR

Page 23: Clase 01- DAT

T1 T2 T3 T4

RA RB RC

Q

Q = K A )( 21eTT

= )( 21RTT

El signo negativo es consecuencia de la segunda ley de El signo negativo es consecuencia de la segunda ley de la Termodinámica, la cual establece que el calor debe la Termodinámica, la cual establece que el calor debe fluir fluir en la dirección de la temperatura más alta a la más en la dirección de la temperatura más alta a la más baja.baja.

A)PAREDES PLANAS Y COMPUESTAS UNIDIMENSIONAL

CIRCUITO TERMICO

AK

eR

A

AA *

AK

eR

B

BB *

AK

eR

c

cc *

Page 24: Clase 01- DAT

AKe

AKe

AKe

TT

R

TTQ

C

C

B

B

A

ATérmicas

***

4141

B) SISTEMAS RADIALES : (Cilindro – Esfera)

CILINDROS : Considerar un cilindro largo de radio interiorConsiderar un cilindro largo de radio interior rrii , radio exterior , radio exterior rree , y longitud , y longitud LL.. El cilindro se somete a una diferencia de temperaturas El cilindro se somete a una diferencia de temperaturas (Ti – Te )(Ti – Te ) y se plantea la pregunta y se plantea la pregunta

¿cuál será el flujo de calor? Se considera un cilindro de longitud muy grande comparadaSe considera un cilindro de longitud muy grande comparada con su diámetro; el calor fluye solo en dirección radial, entoncescon su diámetro; el calor fluye solo en dirección radial, entonces la única coordenada espacial necesaria para definir el sistema es r. la única coordenada espacial necesaria para definir el sistema es r.

El área para el flujo de calor en un sistema cilíndrico es El área para el flujo de calor en un sistema cilíndrico es

r.L.2 A

Page 25: Clase 01- DAT

Q

CIRCUITO TERMICO

LK

rr

R i

e

..2

ln

Q

Ti Te

)ln(

)( 2

i

e

ei

r

rTTLK

Q

Resistencia térmica conductiva ( K / W ) : .. 2

) ir

er (Ln

kLR

El concepto de resistencia térmica puede utilizarse con paredescilíndricas multicapa de la misma manera que se hizo con las paredes compuestas.

Page 26: Clase 01- DAT

ESFERA: Los sistemas esféricos pueden tratarse Los sistemas esféricos pueden tratarse también como unidimensionales cuando la también como unidimensionales cuando la temperatura sea función únicamente del radio.temperatura sea función únicamente del radio.

ei

ei

rr

TTkQ

11...4

Resistencia Térmica Conductiva (K / W)Resistencia Térmica Conductiva (K / W) :

ei

ie

rrk

rrR

....4

Page 27: Clase 01- DAT

CONVECCIÓN.-CONVECCIÓN.- Es la transferencia de calor que Es la transferencia de calor que ocurrirá entre una superficie y un fluido en movimientoocurrirá entre una superficie y un fluido en movimiento cuando están a diferentes temperaturas.cuando están a diferentes temperaturas.

Es una combinación de los fenómenos de conducciónEs una combinación de los fenómenos de conducción térmica, movimiento del fluido y mezcla de este.térmica, movimiento del fluido y mezcla de este.

Convección Libre: Los cambios de densidad originan Los cambios de densidad originan el movimiento del fluido.el movimiento del fluido.

Convección Forzada: Existen dispositivos (Bomba –Existen dispositivos (Bomba – Ventilador) que producen el movimiento del fluido.Ventilador) que producen el movimiento del fluido.

Page 28: Clase 01- DAT

LEY DE ENFRIAMIENTO DE NEWTON:

La expresión que rige no tiene carácter de ley física, es solo una “ecuación empírica”

Q = h A (Ts – T )

Donde:

h = Coeficiente promedio de transferencia de calor por convección (W/m2-K). relaciona las propiedades físicas del fluido y la velocidad del mismo, sobre la superficie del sólido ( Número de Prandtl y Número de Nusselt )

A = Área de la superficie de contacto entre el sólido y el fluido (m2)

Ts = Temperatura de la superficie del sólido (K)

T = Temperatura del fluido en movimiento (K)

Page 29: Clase 01- DAT

Número de Prandtl: Parámetro adimensional Parámetro adimensional que relaciona las propiedades del fluidoque relaciona las propiedades del fluido.

CP

Pr = --------- K

Para flujo turbulento : Cuando la diferencia de temperatura entre la superficie del tubo y la temperatura media del fluido no excede de 5,5 º C en caso de líquidos, ni de 55,5 ºC en los gases.

Nu = 0,023 Re0,8 Pr n n = 0,4 : calentamiento n = 0,3 : enfriamiento

: Viscosidad absoluta (Pa . s)

CP : Calor específico (J / Kg . K)

K : Conductividad Térmica (W / m-K)

Donde:

Número de Nusselt: Es la forma adimensional Es la forma adimensional del coeficiente de convección. La relación del coeficiente de convección. La relación funcional puede escribirse, como: Nu = funcional puede escribirse, como: Nu = ( Re , Pr )( Re , Pr )

Page 30: Clase 01- DAT

RADIACION.-RADIACION.- La radiación térmica es la La radiación térmica es la radiación electromagnética emitida por un radiación electromagnética emitida por un cuerpo como resultado de su temperatura.cuerpo como resultado de su temperatura.

LEY DE STEFAN - BOLTZMAN

Q = A T4

Donde:

= Constante de Stefan = Constante de Stefan –– Boltzmann : Boltzmann : 5,669 x 105,669 x 10-8-8 W / m W / m22 . K . K44

AISLANTES.- Las causas que originan el aislamiento, son:Las causas que originan el aislamiento, son:

La conservaciLa conservacióón de la energn de la energíía calora caloríífica, reduciendo fica, reduciendo el intercambio de calor o frel intercambio de calor o fríío entre un dispositivoo entre un dispositivo ttéérmico o una tuberrmico o una tuberíía y el medio ambiente.a y el medio ambiente.

Page 31: Clase 01- DAT

El control de temperatura, limitando la caída de temperatura de un fluido que circula por un conducto o está almacenado en un tanque o en compartimiento.

El control de la corrosión, evitando las condensaciones

que son causas eventuales de corrosión sobre las paredes frías.

La seguridad y confort, haciendo desaparecer el peligro

a quemaduras al contacto con superficies calientes.

• En el diseño de intercambiadores de calor el espacio es el medio principal

disponible para efectuar una adecuada transferencia de energía.

• Los diseños finales de intercambiadores de calor se hacen

sobre la base de los cálculos cuidadosos del coeficiente global de

transferencia de calor.

Page 32: Clase 01- DAT

1.2.Intercambiador de calor1.2.Intercambiador de calor ::

Definición:Definición: Es un dispositivo térmico que transfiere calor Es un dispositivo térmico que transfiere calor entre un medio caliente (hot) y uno frío (cold); por lo entre un medio caliente (hot) y uno frío (cold); por lo general se trata de fluidos.general se trata de fluidos.

Clasificación:Clasificación:

Según el arreglo de flujos:Según el arreglo de flujos:

ParaleloParalelo.-.- Los fluidos caliente y frío se mueven en el mismo Los fluidos caliente y frío se mueven en el mismo sentido y entran por el mismo extremo.sentido y entran por el mismo extremo.

Contra flujoContra flujo.- .- Los fluidos se mueven y entran en sentidos Los fluidos se mueven y entran en sentidos opuestos. opuestos.

CruzadoCruzado.- .- Los fluidos se mueven perpendicularmente entre Los fluidos se mueven perpendicularmente entre si, usan aletas si, usan aletas

que permiten el movimiento.que permiten el movimiento.

Page 33: Clase 01- DAT

a) Flujos Paralelos b) Contra flujosa) Flujos Paralelos b) Contra flujos

Page 34: Clase 01- DAT
Page 35: Clase 01- DAT

INTERCAMBIADOR DE CALOR CON UN PASO DECARCASA Y DOS PASOS DE TUBO

Entrada de la coraza

Salida de la coraza

Salida de los tubos

Entrada de los tubos

Page 36: Clase 01- DAT

INTERCAMBIADOR DE CALOR CON DOS PASOS DE CARCASA Y CUATRO PASOS DE TUBO

Entrada del coraza

Salida del coraza

Salida de los tubos

Entrada de los tubos

Page 37: Clase 01- DAT

TRANSFERENCIA DE CALOR

Es la energía en transito debido a una Es la energía en transito debido a una diferencia diferencia de temperaturas.de temperaturas.

La rapidez de la transferencia de calor puede La rapidez de la transferencia de calor puede considerarse como un flujo y la combinación considerarse como un flujo y la combinación de la conductividad térmica, el espesor del de la conductividad térmica, el espesor del materialmaterialy el área como una resistencia a dicho flujo. y el área como una resistencia a dicho flujo.

La temperatura es la función potencial o motriz La temperatura es la función potencial o motriz del flujo de calor.del flujo de calor. Diferencia de Potencial Térmico Flujo de calor = ------------------------------------------ Resistencia TérmicaLa ecuación anterior es bastante parecida a la La ecuación anterior es bastante parecida a la Ley de OhmLey de Ohm de la teoría de la teoría de circuitos eléctricosde circuitos eléctricos

Page 38: Clase 01- DAT

Determinará el coeficiente promedio de transferencia de calor por convección para el agua y el aire ( hagua , haire ), a fin de contrastar con los valores dados en tablas.

Según arreglos del flujo en paralelo y contra flujo, realizará un análisis energético para evaluar: la Diferencia Media Logarítmica de Temperatura (DMLT), el Coeficiente Global de Transferencia de Calor (U), la Efectividad ( ) y el Número de Unidades de Transferencia de Calor (NUT).

Page 39: Clase 01- DAT

UNIDAD DE INSTRUCCIÓN UNIDAD DE INSTRUCCIÓN

EXPERIMENTALEXPERIMENTAL:: Intercambiador de calor de dos tubos Intercambiador de calor de dos tubos concconcééntricos. ntricos.

La propagaciLa propagacióón del calor es del aire hacia el n del calor es del aire hacia el aguaagua

Page 40: Clase 01- DAT

Medir: DiDiáámetros, Espesor y Longitud de los tubosmetros, Espesor y Longitud de los tubosDefinir: Material de los tubos, Espesor y Tipo de Material de los tubos, Espesor y Tipo de aislante.aislante.

PROCEDIMIENTOPROCEDIMIENTO

1.- Mediante una manipulaci1.- Mediante una manipulacióón de llaves de control n de llaves de control del sistema, realizar un arreglo del flujo.del sistema, realizar un arreglo del flujo.

2.- Abrir la v2.- Abrir la váálvula de ingreso del agua, manteniendo lvula de ingreso del agua, manteniendo un gasto pequeun gasto pequeñño y constante.o y constante.

3.- Fijar la Temperatura de ingreso del aire, una vez 3.- Fijar la Temperatura de ingreso del aire, una vez que se consigue las condiciones de estado que se consigue las condiciones de estado estable;estable; tomar los siguientes datos:tomar los siguientes datos:

Page 41: Clase 01- DAT

AGUA : Temperatura de entrada y salida; Volumen y

Tiempo.

AIRE : Temperatura de entrada y salida.

TUBO : Superficial del tubo, corriente arriba (T1) y corriente abajo (T2 ).

4.- Repetir los pasos anteriores, fijando otra temperatura de

ingreso del aire (Tomar 5 juego de valores).

5.- Realizar un nuevo arreglo del flujo de agua y repetir los

pasos anteriores.

Page 42: Clase 01- DAT

PuntoPunto

AIREAIRE

TTe e TTss

AGUAAGUA

TTe e TTss

TUBOTUBO

TT1 1 TT22

VV0 0

tt VV II PP

11

22

33

44

55

Page 43: Clase 01- DAT

PuntoPunto

AIREAIRE

TTe e TTss

AGUAAGUA

TTe e TTss

TUBOTUBO

TT1 1 TT22

VV0 0

tt VV II PP

11

22

33

44

55

Page 44: Clase 01- DAT

2.- Determinar las propiedades de los 2.- Determinar las propiedades de los fluidos.fluidos.

Con la temperatura promedio de cada Con la temperatura promedio de cada fluido, recurrir a tablas de Termo Fluidos fluido, recurrir a tablas de Termo Fluidos para para determinar sus propiedades:determinar sus propiedades: Densidad, Calor específico, Viscosidad absoluta, Conductividad térmica y Número de Prandtl.

Page 45: Clase 01- DAT

m

m

m

m5.- Determinar el Gasto másico del aire ( 5.- Determinar el Gasto másico del aire ( aireaire))

Consideraciones: La transferencia de calor es insignificante La transferencia de calor es insignificante entre el ICC y sus alrededores , cambio de energía entre el ICC y sus alrededores , cambio de energía potencial y cinemáticapotencial y cinemática

Page 46: Clase 01- DAT

Q gana agua = Q pierde aire

Aplicar balances globales de energía entre los fluidos Aplicar balances globales de energía entre los fluidos caliente y frió :caliente y frió :

despreciables, los fluidos no cambian de fase y sus despreciables, los fluidos no cambian de fase y sus calores específicos permanecen constante.calores específicos permanecen constante.

Q ganado agua = m aire x Cp aire x (Te – Ts) aire Q ganado agua m aire = -------------------------------- ------(4) Cp aire x (Te – Ts) aire

Advierta que las ecuaciones ( 3 ) y ( 4 ) son independientes del arreglo del flujo y del tipo de intercambiador de calor.

Page 47: Clase 01- DAT

6.- Determinar la Diferencia Media Logarítmica de 6.- Determinar la Diferencia Media Logarítmica de Temperatura: (DMLT) agua y (DMLT) aire. Temperatura: (DMLT) agua y (DMLT) aire.Las temperaturas de los fluidos en un intercambiador de calor en general no suelen ser constantes, si no que varían de un punto a otro, conforme el calor fluye del fluido mas caliente al más frío.

En el análisis energético de un intercambiador de calor,es recomendable utilizar el método de la DMLT cuando se conocen las temperaturas de entrada y salida de los fluidos.

Page 48: Clase 01- DAT

Q = U x A x DMLT --------------------------------- ( 5 )

T

T2

Te

Ts

Te

Ts

T1

Tubo

aire

agua

Área de transferencia de calor

( Te - T1 ) - ( Ts - T2 )DMLT aire = -------------------------------------------- -- ( 6 ) Ln ( Te - T1 ) / ( Ts - T2 )

( T1 - Te ) - ( T2 - Ts )DMLT agua = ------------------------------------------- -- ( 7 ) Ln ( T1 - Te ) / ( T2 - Ts )

PARALELO

Page 49: Clase 01- DAT

Área de transferencia de calor

( Te - T1 ) - ( Ts - T2 )DMLT aire = -------------------------------------------- -- ( 8 ) Ln ( Te - T1 ) / ( Ts - T2 )

( T1 - TS ) - ( T2 - Te )DMLT agua = ------------------------------------------- -- ( 9 ) Ln ( T1 - Ts ) / ( T2 - Te )

CONTRAFLUJOTe

Ts

Ts

Te

T

T1T2

Tubo

aire

agua

7.-7.- Determinar el coeficiente de transferencia de calorDeterminar el coeficiente de transferencia de calor por convección promedio para el agua ( hpor convección promedio para el agua ( haguaagua ) y ) y el aire ( hel aire ( haireaire ) )

Se hace un análisis de las propiedades físicas del fluido, establecer la geometría para el sistema, el tipo de flujo y se elegir una ecuación apropiada aplicable a la geometría y flujo requerido.

Page 50: Clase 01- DAT

Q aire

h aire = ................................. A1 x DMLT aire ----------------- ( 10 )

Qagua h agua = ................................. A2 x DMLT agua 8.-8.- Determinar el Coeficiente Global de Determinar el Coeficiente Global de

Transferencia Transferencia de Calor (U)de Calor (U)

• El análisis se hace entre las dos corrientes de los fluidos y puede basarse con referencia a cualquier área (Interior A1 ó Exterior A2), a discreción del diseñador.

• El circuito térmico entre el aire y el agua, es:

Page 51: Clase 01- DAT

Donde:

R1 y R3 : Resistncia Térmica Convectiva = 1 / h x A R2 : Resistencia Térmica Conductiva = Ln ( R2 / R1 ) / 2 L K

R Térmicas

T aire - T aguaQ = ----------------------------

U x A x R Térmicas = 1

Q = U x A x DMLT

Page 52: Clase 01- DAT

Referido al área exterior

1 U agua = --------------------------

A2 x

Referido al área interior -------------------- ( 11 )

1 Uaire = ---------------------------

A1 x R Térmicas

R Térmicas

9.-9.- Determinar la capacitancia térmica de los Determinar la capacitancia térmica de los fluidosfluidos caliente (C h ) y fríocaliente (C h ) y frío ( C c ).( C c ).

C h : m h x Cp h ............................... ( 12 ) C c : m c x Cp c

Page 53: Clase 01- DAT

11.- Cálculo de la Efectividad ( ) del 11.- Cálculo de la Efectividad ( ) del IntercambiadorIntercambiador de calorde calor

La efectividad se define como la razón real La efectividad se define como la razón real de transferencia de calor y la de transferencia de calor y la transferencia de calortransferencia de calor máxima posible.máxima posible.

Transferencia real de calor= ---------------------------------------------- ----------- ( 14 ) Transferencia de calor máxima posible

10.-10.- Determinar la relación de capacidad de calor Determinar la relación de capacidad de calor (Cr)(Cr)

C mínimo Cr = -------------------- ---------------------- ( 13 ) C máximo

Page 54: Clase 01- DAT

La transferencia de calor real se puede obtener calculando tanto la energía perdida por el fluido caliente, como la energía ganada por el fluido frío. La transferencia de calor máxima

posible, se determina :

Q máxima = C mínimo x ( The - Tce ) ---------- ( 15 )

Page 55: Clase 01- DAT

12.- Determinar el Número de Unidades de Transferencia12.- Determinar el Número de Unidades de Transferencia de Calorde Calor ( NUT( NUT ).).

• En cálculo de diseño térmico de intercambiadores de calor, es conveniente utilizar relaciones, de la forma :

= ( NUT , Cr )

• El Número de Unidades de Transferencia de Calor es un parámetro adimensional que se usa ampliamente para el análisis del intercambiador de calor

U x x A x

NUT = …………… ----------------------- ( 16 ) C mínimo

Page 56: Clase 01- DAT

INTERCAMBIADORES DE FLUJOS CRUZADOS

Flujo de gasesEntrada

Fluido que se calienta o enfría

Flujo de gasesEntrada

Salida

Fluido que se calienta o enfría

Fluido calienteFluido frío

Page 57: Clase 01- DAT

INTERCAMBIADORES DE CORAZA Y TUBOS(Con mezcla de fluidos)

FLUIDO FRIO

TF1

TF2

FLUIDO CALIENTE

TC1

TC2

Page 58: Clase 01- DAT

INTERCAMBIADOR SIMPLE DE TUBOS CONCÉNTRICOS

FLUIDO FRIO

TF1TF2

TC1

TC2

FLUIDO CALIENTE