INTERCAMBIADORES DE CALOR

INTERCAMBIADORES DE CALOR

1. COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR

   • Este coeficiente es definido en términos de la resistencia térmica total a la transferencia de calor entre dos fluidos.
     • En un intercambiador se tienen dos flujos de fluido, uno con mayor temperatura que el otro, el calor se transfiere del fluido caliente al fluido frío a través de cinco resistencias térmicas principales:
       • Resistencia de capa convectiva de lado del fluido con mayor temperatura
       • Resistencia en el lado caliente por suciedad
       • Resistencia del material del intercambiador
         • El conjunto de resistencias listadas en las ecuaciones se encuentran en serie y la resistencia total se puede representar por:
       • Resistencia de capa convectiva de lado del fluido con menor temperatura
       • Resistencia en el lado frío por suciedad

2. FACTORES DE SUCIEDAD.

   • Las superficies de transferencia de calor de un intercambiador de calor pueden llegar a recubrirse con varios depósitos presentes en las corrientes o las superficies pueden corroerse como resultado de la interacción entre los fluidos y el material empleado en la fabricación y diseño del intercambiador.
     • El efecto global se representa generalmente mediante un factor de suciedad o resistencia de suciedad, Rf. Que debe incluirse junto con las otras resistencias térmicas para obtener el coeficiente global de transferencia de calor.
       • Los factores de suciedad se tienen que obtener experimentalmente
         • Tipos de ensuciamiento
           • Ensuciamiento químico
           • Ensuciamiento biológico
           • Ensuciamiento por depósito:en el que las partículas en el fluido se acumulan en la superficie cuando la velocidad cae por debajo de cierto nivel crítico.
           • Ensuciamiento por corrosión

3. TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR

   • Clasificación de los Intercambiadores de Calor
     • Según Configuración
       • Coraza y Tubo
       • Doble Tubo
       • Placas
     • Contacto Indirecto
       • Alternativos
       • Superficie
         • Placas
         • Tubos
           • Flujo Cruzado
             • Contracorriente
             • Equicorriente
           • Paralelo
     • Dirección del Flujo
       • Cruzado
       • Contraflujo
       • Paralelo
   • USOS
     • Condensar un fluido en estado gaseoso por medio de un fluido frío.
     • Llevar a punto de ebullición un fluido
     • Reducir la temperatura de un fluido
     • Calentar un Fluido Frío mediante un fluido de Mayor Temperatura
   • APLICACIONES
     • Vaporizador
     • Sobrecalentador
     • Rehervidor
     • Calentador
     • Condensador
     • Generadores de calor
     • Enfriador
     • Refrigerador
   • ÁREAS DE APLICACIÓN
     • Industrias alimenticias
     • Industria Química
     • industria Maritima
     • Calefacción y Energía Solar
     • Industria de Aire Acondicionado

4. EMPERATURA MEDIA LOGARÍTMICA

   • Esta diferencia media de temperatura, multiplica el coeficiente global real medio y por el área de intercambio, permite obtener el flujo de calor intercambiado
   • Es logarítmicamente un valor promedio de las diferencias de temperatura entre el fluido caliente y el frío en cada sección del intercambiador
   • El término diferencia media logarítmica de temperatura se presenta debido a que la temperatura de uno de los dos fluidos en consideración varía de acuerdo con su recorrido en la dirección de flujo

5. MÉTODO DEL NUT

   • Se usa para calcular la velocidad de transmisión de calor en Intercambiadores de calor (especialmente en contracorriente) cuando no hay información suficiente para calcular la Diferencia de Temperaturas Media Logarítmica (DTML).
   • Si solo se conocen las temperaturas de entrada, el método de LMTD requiere un proceso iterativo, por lo que es preferible el método NTU o NUT.
   • se usa en el cálculo de intercambiadores de calor para determinar las temperaturas finales de los fluidos de trabajo cuando se dispone de un intercambiador o se conoce su superficie de intercambio, como sucede cuando se quiere seleccionar, para un determinado uso, un intercambiador entre varios disponibles o se desea utilizar un intercambiador para un uso diferente de aquel para el que se diseñó.
   • El método NUT ó NTU fue desarrollado por London y Seban (1942) y se basa en la determinación de dos números adimensionales y a partir de ellos mediante una gráfica o un ábaco determinar un tercero con el que podrán calcularse las temperaturas de salida.

6. ANÁLISIS DE PROPIEDADES EN LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR.

   • Para el diseño térmico de un Intercambiador de Calor se hace un balance de calor entre los fluidos calientes y fríos sobre la superficie de intercambio térmico:
   • En un caso sin cambio de fases:
   • propiedades térmicas de los fluidos
     • Calor específico.
     • Conductividad térmica
     • Viscosidad.

7. CONSIDERACIONES SOBRE EL DISEÑO Y LA EVALUACIÓN DE INTERCAMBIADORES DE CALOR.

   • 1.- Comprobar el BALANCE DE ENERGÍA, hemos de conocer las condiciones del procesamiento, caudales, temperaturas, presiones, propiedades físicas de los fluidos 2.- Asignar las corrientes al tubo y casco. 3.- Dibujar los diagramas térmicos. 4.- Determinar el número de intercambiadores en serie. 5.- Calcular los valores corregidos de la diferencia media de temperaturas (MTD). 6.- Seleccionar el diámetro, espesor, material, longitud y configuración de los tubos. 7.- Estimar los coeficientes de película y de suciedad. Calcular los coeficientes globales de transmisión de calor. 8.- Calcular la superficie de intercambio estimada. 9.- Seleccionar el tamaño del casco (utilizando dos pasos en tubo). 10.- Calcular las perdidas de presión en el lado del tubo y re calcular el número de pasos para cumplir con las perdidas de presión admisibles. 11.- Asumir la separación entre desviadores y el área de paso para conseguir la perdida de presión en casco admisible. 12.- Recalcular los coeficientes

8. VARIACIÓN DE ANÁLISIS DE PROPIEDADES TÉRMICAS.

   • Los aceros de uso en recipientes de presión en general presentan una microestructura no homogénea a lo largo del espesor de su pared debido al proceso de su fabricación.
   • Las orientaciones a tomar serán 4 en total y son las denominadas por la norma ASTM E-399 (1993) como TL, LT, ST y LS. Las conclusiones a las que se arribo surgen de un análisis comparativo de los resultados obtenidos para cada orientación estudiada y se confirma lo recomendado por las normas en cuanto a la selección de la orientación TL como la más conservativa.
   • Para analizar estos cambios se realizaron ensayos con probetas charpy-v tomadas con distintas orientaciones dentro del bloque representativo del espesor de pared y se construyó para cada dirección sus respectivas curvas de transición ductil-frágil.

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