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Intercambiadores de calor
Laboratorio Termofluidos
II-0606
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Tipos de intercambiadores de calor
Los tipos ms comunes de intercambiadores de calor son:
Doble tubo o tubos concntricos
Tubos y coraza
Tambin existen otros tipos como por ejemplo:
De placas
Marmitas (uso casi exclusivo en la industria alimentaria)
En el laboratorio vamos a estudiar el funcionamiento de un
intercambiador de tubos concntricos y uno de tubos y coraza.
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Intercambiadores de tubos concntricos
Los intercambiadores de tubos concntricos tienen varios posibles
arreglos.
Por ejemplo pueden utilizarse en paralelo o en contracorriente,
como se muestra en la figura. Esto depende de la direccin de ambos
flujos.
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Intercambiadores de tubos y coraza
Estos son quizs los ms comunes a nivel industrial. Estn
compuestos por una coraza y varios tubos (a veces hasta cientos),
por los cuales pasa uno de los fluidos.
Se clasifican de acuerdo con la cantidad de pasos que dan, ya
sea los tubos o la interaccin con el fluido de la coraza. Tal como
se observa en la figura.
Se les nombra de acuerdo a esta cantidad de pasos. Por ejemplo
un intercambiador 2-1, implica que hay dos pasos en tubos y 1 en la
coraza, tal como el caso a) de la figura.
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Coeficiente global de transferencia de calor
En un intercambiador de calor, donde fluye un lquido fro y uno
caliente para intercambiar calor entre ambos, se dan diferentes
tipos de transferencia:
En primer lugar el calor se transfiere del fluido caliente hacia
la pared del tubo, por conveccin.
Despus se da transferencia a travs de la pared, por
conduccin.
Finalmente, desde la pared del tubo hasta el fluido fro,
nuevamente por conveccin.
La transferencia total de calor que se da entre un lquido y
otro, va a depender de los coeficientes de cada transferencia,
considerando que en el interior del tubo hay una transferencia
mixta (conveccin y conduccin) y en la parte externa del tubo,
tambin.
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Coeficiente global de transferencia de calor
La transferencia total puede ser determinada entonces por la
ecuacin:
donde:
As es el rea de contacto entre los dos fluidos
es la diferencia de temperatura entre los fluidos
U es el coeficiente global de transferencia
El coeficiente global de transferencia se relaciona con los
coeficientes mixtos de transferencia de cada etapa
(interna/externa) por medio de la siguiente ecuacin, donde los
subndices i y 0 indican interno y externo, respectivamente.
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Coeficiente global de transferencia de calor
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Cmo se determinan los coeficientes de
transferencia?
1. Determine de la Tabla A-15 Propiedades de agua saturada, los
valores de Pr (nmero de Prandtl) y k (conductividad trmica), para
cada uno de los flujos (interno y externo).
2. Determine el nmero de Nu para cada flujo (interno y
externo):
Para flujo turbulento, utilice la ecuacin
Para flujo laminar, use la Tabla 22-3
3. Determine el coeficiente mixto de transferencia de calor h
para cada flujo, usando la ecuacin
4. Recuerde utilizar el subndice i para el caso del flujo
interno y el 0 para el flujo externo.
5. Determine el coeficiente global de calor U, utilizando la
ecuacin
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Determinacin de la transferencia de calor
al ambiente
Conociendo el U utilice la ecuacin
donde
Para el intercambiador 1-1 en paralelo:
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Determinacin de la transferencia de calor
al ambiente
Para el intercambiador 2-1:
