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 UNERMBPI T Prof. Pedro Vlchez I ng. Mecnico 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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