MONOGRAFIA DE TRANSFERENCIA DE CALOR
INTERCAMBIADOR DE CALOR
PROFESOR: ING. MANUEL VILLAVICENCIO CHAVEZ ALUMNO: ROSAS RETUERTO LUIS FELIPE CODIGO: 20122170B SECCION: C
2015-I
INTERCAMBIADOR DE CALOR
INTRODUCCION
Un intercambiador de calor es un dispositivo diseado para transferir
calor de un fluido a otro, sea que estos estn separados por una barrera o
que se encuentren en contacto. Son parte esencial de los dispositivos de
refrigeracin, acondicionamiento de aire, produccin de energa y
procesamiento qumico.
Los intercambiadores de calor compactos son comnmente usados en los
procesos industriales de Ventilacin Calentamiento, Refrigeracin y
tambin de Aire acondicionado, debido a su economa, construccin y
operacin.
Un intercambiador tpico es el radiador del motor de un automvil, en el
que el fluido refrigerante, calentado por la accin del motor, se refrigera
por la corriente de aire que fluye sobre l y, a su vez, reduce la
temperatura del motor volviendo a circular en el interior del mismo.
Seccin de un intercambiador de calor de tipo haz tubular.
MONITOREO DE INTERCAMBIADORES DE CALOR
INTRODUCCIN
Durante condiciones de operacin normal de un intercambiador de calor, a
menudo las superficies de transferencia estn sujetas a una disminucin
de eficiencia en la transferencia de energa calorfica por suciedad
(acumulacin de material no deseable en la superficie de transferencia de
calor del intercambiador de calor).
Por lo que el monitoreo del coeficiente de transferencia de calor U, permite
evaluar el desempeo (eficiencia en la transferencia calorfica) del proceso
y determinar el momento en que existe la necesidad de un mantenimiento
preventivo o correctivo.
DESCRIPCIN DEL PROCESO DE INTERCAMBIO DE CALOR:
La transferencia de calor desempea un papel importante en muchos
procesos industriales, siendo su uso muy extenso en reas como:
petroqumica, metalrgica, refrigeracin, plantas nucleares, procesos
qumicos, etc.
El intercambiador de calor es un equipo que sirve para transferir energa
calorfica entre dos fluidos a diferentes temperaturas y se basa en tres
mtodos para efectuar la transmisin del calor: conduccin, conveccin y
radiacin. De acuerdo al modo de operacin, existen tres tipos bsicos de
intercambiadores de calor: recuperativo, regenerativo y evaporativo.
DESCRIPCIN DEL SISTEMA.
El CENIDET cuenta con una planta piloto de intercambio de calor (ver
Figura 1) con la instrumentacin necesaria para disear y desarrollar
algoritmos de control para intercambiadores de calor, as como, sensores
virtuales basados en observadores de estado no lineales para estimar el
coeficiente de transferencia de calor.
Figura1. Panel frontal del sensor virtual
Un sensor virtual puede definirse como la asociacin entre un sensor
(hardware) y un observador de estado (software); un observador de estado es un
sistema dinmico que es capaz estimar o reconstruir los estados de un sistema a
partir de las mediciones fsicas de las variables de entrada y salida del sistema.
En el sistema de monitoreo se tienen tres tareas importantes: la primera se
encarga de la adquisicin de datos, una segunda ejecuta el sensor virtual y
por ltimo la tercera tarea permite almacenar los datos.
Para la tarea de adquisicin de datos se decidi utilizar una tarjeta de
adquisicin de datos USB por ser un dispositivo de E/S de bajo costo, alta
funcionalidad y fcil instalacin. Adems, es importante mencionar que se
logra una integracin con LabVIEW de manera directa y sencilla, lo cual
nos permite dedicar poco tiempo a la adquisicin de datos y el resto
enfocarlo principalmente a la solucin de nuestro problema.
El sensor virtual que se ejecuta en la segunda tarea, se desarrollo
mediante bloques MATLAB Script de LabVIEW; este bloque permite
ejecutar scripts de MATLAB utilizando la tecnologa ActiveX. Dicho
sensor lee las variables de entrada de temperatura fra (Tci) y caliente (Thi),
la variable de salida de temperatura fra (Tco), as como, los flujos
volumtricos de agua fra y caliente. A partir de stas y en base al modelo
matemtico del proceso, el algoritmo del sensor virtual puede estimar el
coeficiente de transferencia de calor U.
La tarea de almacenar datos se realiza para generar un reporte de las
variables y el parmetro del proceso (Tci, Thi, Tco, Tho, U) en formato
Excel. Esto se logr utilizando el VI Express Write LabVIEW Measurement
File.
En el panel frontal del sensor virtual se despliega la informacin
grficamente de: las temperaturas de salida reales del proceso, las
temperaturas de salida y el coeficiente de transferencia de calor que estima
el sensor virtual.
De igual manera se cuenta con una barra de controles para introducir los
parmetros del proceso y observador, as como, controles para ejecutar
cada una de las tareas mencionadas anteriormente.
CONCLUSIONES.
El sistema de monitoreo y registro desarrollado en LabVIEW permite
concluir lo siguiente.
1. Se cuenta con un sistema de monitoreo en lnea para
intercambiadores de calor utilizando sensores virtuales basados en
observadores no lineales, con la finalidad de evaluar el desempeo del
proceso y determinar el momento en que existe la necesidad de un
mantenimiento preventivo o correctivo
2. Utilizar el software LabVIEW de manera conjunta con la tarjeta de
adquisicin de datos USB-6008 ofrece una solucin econmica y flexible
para que los estudiantes lleven a cabo sus proyectos.
3. Para el caso de est aplicacin el uso de VI Express para la
adquisicin de datos y para generar reportes de las variables del proceso,
facilita la programacin y disminuye el tiempo de la misma.
4. LabVIEW permite reutilizar los m-file scripts creados con el software
MATLAB dentro del diagrama a bloques del VI, lo cual hace que no tenga
que empezar desde cero nuestra aplicacin.
MTODOS GENERALES DE DISEO DE EQUIPOS DE
INTERCAMBIO
OBJETIVO
Clculo del rea de transferencia del equipo de intercambio
MTODOS DE DISEO
Mtodo de F-DTLM
Mtodo efectividad-nmero de unidades de transferencia (e-NTU)
ECUACIN DE TRANSFERENCIA DEL EQUIPO DE
INTERCAMBIO
Mtodo de F-DTLM
Q = UA. (F .DTLM)
Mtodo -NTU
Q = .Qmax
MTODO F-DTLM
OBTENCIN DEL FACTOR F
MTODO -NTU
MONOGRAFIA DE INVESTIGACION DE
INTERCAMBIADORES
El vapor recalienta 75 Tm de vapor por hora a la presin de 20 Atm desde
la temperatura de saturacin, a la final de 500C aprovechando el calor de
los humos de la combustin que llegan al recalentador con una
temperatura de 850C y salen del mismo a 635C.
Los tubos que conforman el recalentador, estn dispuestos en forma
regular; el dimetro interior de los tubos es de 50 mm y el dimetro
exterior es de 60 mm.
Su conductividad trmica es de 60 Kcal/m h C. La velocidad media de los
humos es de 6 m/seg la velocidad media del vapor recalentado de 10
m/seg.
Las propiedades medias del vapor recalentado son:
Flujo por el interior de los tubos (Vapor recalentado)
Flujo por el exterior de los tubos (Humos):
En este caso la longitud total de los tubos necesarios para el
recalentamiento seria 12300m la longitud de cada tubo seria 6.42m
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