INTERCAMBIADORES DE CALOR: DISEÑO TÉRMICO

~ 1. Introducción 2. Balance térmico en el intercambiador 3. Ecuación de transmisión de calor 4. Coeficiente global de transmisión de calor 5. Diferencia de temperaturas promedio 6. Resumen

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1. Introducción

• Los intercambiadores de calor se utilizan para transmitir calor entre dos corrientes de fluidos .

• Los intercambiadores más utilizados son los de carcasa y tubos y los de placas

• Los intercambiadores pueden ser de flujos en eq~corriente, contracorriente, de varios pasos y de flujo cruzado

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2. Balance térmico en el intercambiador

• El calor cedido por el flujo caliente es igual al absorbido por en frío

• El t1 Ten cada fluido es inversamente proporcional al producto mcp

-T !

Fluido caliente l"T, Fluido frío

_ ... _ ··- ····- ···- ··- ···- ··- ···- ··- ·· ---

.X

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3. Ecuación de transmisión de calor

• En un intercambiador se puede considerar transmisión de calor combinada por conducción-convección unidimensional

) -Fluido calient~

Coeficiente gLobal de trasmisión

O if erencia de temperaturas media integral

Fluido frío

X

-

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4. Coeficiente global de transmisión de calor

• COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSMISIÓN DE CALOR

;¡;.. Resistencias térmicas: Valores típicos de U (W/m2k) Mini Maxi

• Conducción Con den saclor de vapor de agua 1100 5600 • Convección Calen tador agua de alimentación 1100 8500

1 Con densaclor de R 12 con agua 280 850 VA=

h ~~ Condensador de NH3 con agua 850 1400 1-

Condensador de al e oh ol - agua 250 700 1 r. 1 -+--' +-hA lnkL hA 1 n tercam biador agua-agua 850 1700

Radiador aire-agua aleteado 25 60

U¡ referido al área interior 1 n tercam biador aire-aire 10 40

1 1 n tercam biador agua-aceite 110 350 V,.=

A,. h1 r, 1 n ter e. vapor de agua- gasoi 1 170 340 1 r A,. lnterc. vapor de agua- fu el oleo 56 170 -+ ' + -~ l nkL h,A, lnterc. vapor de agua- gasolina 280 1140

1 n ter e. Vapor agua- aire aleteado 28 280

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• RESISTENCIA DE ENSUCIAMIENTO

);> El intercambiador se ha de

dimensionar para trabajar sucio

UA=---------1---------

);> Se puede determinar

experimentalmente:

R = 1 1 s U sucio U limpio

Valores de ensuciamiento

Agua de marT <50"C Vapores de alcohol Vapor de agua sin aceite Agua de caldera Líqu ido refrigerante Aire comprimido industrial

Acéité aé témpl ~r

Fu el oil Agua de marT>50"C

(m2KIW)

0.00009 0.00009

0.00009 0.0002

0.0002

0.0004

0.0007 0.0009

0.002

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5. Diferencia de temperaturas promedio

• La diferencia de temperaturas promedio se obtiene como la media integral a lo largo del intercambiador

• Depende de la ori entación de fluidos en el intercambiador

- ~lL---------------T

~----~----~--~FI~ui~do~c~a~lie~nt~e J

Fluido frio 1

.X

-

¡Z_ r---""""""........,;;;;;;;;:;::::=:==~ Ó T media

L .x

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6. Resumen

• El calor perdido por el flujo caliente lo gana el fluido frío

• El calor transmit ido también se puede calcular con la ecuación de transmisión calor por conducción­convección unidimensional

• Para ello es necesa rio calcu lar o estimar el coeficiente global de transmisión de calor, incluyendo el ensuciam iento

• También es necesario calcular la diferencia de temperaturas promedio que depende de la orientación relativa de los fluidos