TRANSFERENCI A DE CALORI NTERCAMBI ADORES UNERMBPI T Prof. Pedro
Vlchez I ng. Mecnico Intercambiadores de Calor: Es un dispositivo
diseado para transferir calor entre dos medios, que estn separados
por una barrera o que se encuentren en contacto, a temperaturas
diferentes y evitan al mismo
tiempoquesemezclenentres.Sonparteesencialdelosdispositivos de
refrigeracin, acondicionamiento de aire, produccin de energa y
procesamiento qumico.Ejemplo un intercambiador tpico es el radiador
del motor de un automvil, en el que el
fluidorefrigerante,calentadoporlaaccindelmotor,serefrigeraporlacorrientedeaireque
fluye sobre l y, a su vez, reduce la temperatura del motor
volviendo a circular en el interior del
mismo.Enunintercambiadorlatransferenciasuelecomprenderconveccinencadafluidoy
conduccin atreves de la pared que los separa.En el anlisis de los
intercambiadores de calo r
resultaconvenientetrabajarconuncoeficientedetransferenciadecalortotalUquetomaen
cuenta la contribucin de todos losefectos sobre dicha
transferencia. I.DIFERENCIA MEDIA LOGARTMICA DE TEMPERATURA (LMTD):
Estemtodoesfcilaplicarenelanlisisdelosintercambiadoresdecalorcuandose
conocen,osepuedendeterminar,lastemperaturasdeentradayalasalidadelosfluidos
calienteyfrioapartirdeunbalancedeenerga.Unavezquesedisponedela,los
gastosdemasayelcoeficientedetransferenciadecalortotalsepuededeterminarelrea
superficial de la transferencia de calor a partir de: = . . U =
coeficiente global de transferencia de calor. As = rea de
transferencia. Tml = transferencia media de temperatura. Tipos de
intercambiadores de calor:
Lasdistintasaplicacionesdelatransferenciadecalorrequierendiferentestiposde
accesoriosyconfiguracionesdelequipoparadichatransferencia.Elintentodeacoplarlos
accesoriosyconfiguracionesdelequipoparalatransferenciadecalordecadatipode
necesidades,dentrodelasrestriccionesespecificas,haconducidoanumerosostiposde
diseos innovadores de intercambiadores de
calor.Losintercambiadoresdecalorsepuedenclasificarbasndoseen:clasificacinporla
distribucindeflujo.Tenemoscuatrotiposdeconfiguracionesmscomunesenlatrayectoria
del flujo. 1.Flujo en Paralelo:
Losfluidoscalienteyfro,entranporelmismoextremodelintercambiador,fluyena
travs de l en la misma direccin y salen por el otro extremo.
TRANSFERENCI A DE CALORI NTERCAMBI ADORES UNERMBPI T Prof. Pedro
Vlchez I ng. Mecnico Como se ilustra en la figura, existe un flujo
paralelo cuando el flujo interno o de los tubos y el flujo externo
o de la carcasa ambos fluyen en la misma direccin. En este caso,
los dos fluidos entran al intercambiador por el mismo extremo TML
Flujo Paralelo Depende de la distribucin de temperatura =
=
=
= . .
2.Contracorriente:Losfluidoscalienteyfroentranporlosextremosopuestosdelintercambiadoryfluyenen
direcciones opuestas. TRANSFERENCI A DE CALORI NTERCAMBI ADORES
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Comoseilustraenlafigura,sepresentauncontraflujocuandolosdosfluidosfluyenenla
misma direccin pero en sentido opuesto. Cada uno de los fluidos
entra al intercambiador por diferentes extremos. TML Contraflujo
=
= = . . 3.Flujo
Cruzado:Unfluidosedesplazadentrodelintercambiadorperpendicularmentealatrayectoriadelotro
fluido. = TRANSFERENCI A DE CALORI NTERCAMBI ADORES UNERMBPI T
Prof. Pedro Vlchez I ng. Mecnico Ejemplo: 4.De Pasos Mltiple: Un
fluido se desplaza transversalmente en forma alternativa con
respecto a la otra corriente de fluido.
Enlaactualidad,lamayoradelosintercambiadoresdecalornosonpuramentedeflujo
paralelo, contraflujo, o flujo cruzado; estos son comnmente una
combinacin de los dos o tres
tiposdeintercambiador.Desdeluego,unintercambiadordecalorrealqueincluyedos,olos
tres tipos de intercambio descritos anteriormente, resulta muy
complicado de analizar. La razn
deincluirlacombinacindevariostiposenunosolo,esmaximizarla eficacia
del
intercambiadordentrodelasrestriccionespropiasdeldiseo,queson:tamao,costo,peso,
eficaciarequerida,tipodefluidos,temperaturasypresionesdeoperacin,quepermiten
establecer la complejidad del intercambiador. TML(TMLcfxF) Pasos
mltiples y Flujo Cruzado F = (grfica anexa) TRANSFERENCI A DE
CALORI NTERCAMBI ADORES UNERMBPI T Prof. Pedro Vlchez I ng. Mecnico
=
=
Donde: T = Temperatura del lado del casco.t = Temperatura de los
tubos. 1 = Temperatura de entrada. 2 = Temperatura de salida. Con P
y R se encuentra el factor de correccin F en la grfica
correspondiente al tipo de intercambiador, de pasos mltiples o de
flujo cruzado, y se incluye en la ecuacin de transferencia de
calor. = . . . II. MTODO DE EFECTIVIDAD (NTU) Se basa en un
parmetro adimensional llamado efectividad (E). Efectividad de un
IntercambiadorLaefectividaddetransferenciadecalorsedefinecomolarazndelatransferenciadecalor
logradaenunintercambiadordecaloralamximatransferenciaposible,sisedispusierade
rea infinita de transferencia de calor. Efectividad: =
= Velocidad de transf.de calorVelocidad maxima posible de
transf. Flujo de Calor: =
= (
) Donde:
= = > Calor mximo: = . = . (
)
: tTRANSFERENCI A DE CALORI NTERCAMBI ADORES UNERMBPI T Prof.
Pedro Vlchez I ng. Mecnico Calculo de E =
= = .
= .
(
) Nmero de unidades trmicas: = .
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