CAPACITACIÓN EN AGUA Y SANEAMIENTO EN ZONAS RURALES
INTERCAMBIADORES DE CALOR #1.pptx
1. INTERCAMBIADORES
DE CALOR
Ing. Desireé Álvarez, MSc.
Ing. Stefanie Bonilla Bermeo, MSc.
Ing.
Desireé
Álvarez
Macías,
MSc.
Ing.
Stefanie
Bonilla
Bermeo,
MSc.
2. OBJETIVOS
Describir los mecanismos de transferencia de calor
presentes en los equipos del LOU
Experimentar con cambiadores de calor de tubos
concéntricos y tubos y coraza.
Justificar el uso específico que tiene cada uno de los
cambiadores de calor en la industria química.
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Desireé
Álvarez
Macías,
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Bonilla
Bermeo,
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3. FUNDAMENTOS DEL FLUJO DE
CALOR EN LOS FLUIDOS
• En la Ingeniería Química se presenta con gran frecuencia el
flujo de calor desde un fluido a otro pasando a través de una
pared sólida.
• Esto implica que en un intercambiador de calor participen dos
o mas corrientes de proceso:
• Fuentes de calor
• Receptores de calor
• Transmisión de calor se da por:
• Conducción
• Convección
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Álvarez
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Bonilla
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4. APARATOS TÍPICOS PARA EL
INTERCAMBIO DE CALOR
1‐ Arreglo del flujo
• Flujo paralelo
• Contraflujo
• Flujo cruzado (placas)
2‐ Tipo de construcción
• Doble tubo (tubos concéntricos)
• Tubo y coraza (banco de tubos)
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10. Intercambiadores de calor de tubos
y coraza
• Formado por un haz de tubos
dispuestos en el interior de un
cuerpo o coraza
• Los tubos se encuentran
fijados en placas perforadas.
• Uno de los fluidos se mueve
dentro de los tubos y el otro
por fuera de los tubos (lado de
la coraza).
• Pueden ser de un pase o
multipases (desplazamiento).
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11. Intercambiadores de calor de doble
tubo
• Está integrado por dos tubos
concéntricos.
• El tubo exterior tiene mayor
diámetro que el interior.
• Un fluido pasa por el interior
del tubo interior y el otro por
el espacio anular entre los
tubos.
• Se utilizan para procesar
pequeños flujos de fluidos,
transferencia líquido vapor y
como refrigerante de gases.
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12. Intercambiadoresde calorde doble tubo
Ventajas:
• Son equipos sencillos
con alto coeficiente de
transferencia de calor
• Menor posibilidad de
incrustaciones, debido a
la elevada velocidad de
los fluidos.
Limitaciones:
• Son mas voluminosos y
costosos.
• El área de intercambio se
crea solamente en la
superficie de los tubos
internos.
• No es fácil la limpieza
en el espacio anular.
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13. Intercambiadoresde calorde doble tubo
• Hay combinaciones predeterminadas por la existencia
comercial de los tubos como se muestra en la siguiente tabla:
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TUBO EXTERNO [in] TUBO INTERNO [in]
2 1
1
4
2
1
2
1
1
4
3 2
4 3
14. FENÓMENODETRANSFERENCIADECALOR
DENTRODELINTERCAMBIADOR
• Ecuaciones básicas
• 𝑄 = 𝑚𝑐 λ
• 𝑄 = 𝑚𝐴𝐶𝑝𝐴∆𝑇𝐴
• 𝑄 = 𝑈 𝐴 𝐿𝑇𝐷𝑀
Q = Calor transmitido
A = Área del Intercambiador
U = Coeficiente global de transmisión
LMTD* = Diferencia logarítmica media de
temperaturas
(*): expresa la diferencia de temperatura entre ambos fluidos a lo largo
del intercambiador.
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15. FENÓMENODETRANSFERENCIADECALORDENTRODEL
INTERCAMBIADOR
• Una vez elegido el tipo de intercambiador, la optimización del
cálculo se conseguirá con el máximo valor de U dentro de la
pérdida de presión admisible.
• El valor de U puede aumentarse:
• Aumentando la velocidad de los fluidos.
• Utilizando superficies de intercambio irregulares (corrugación).
• Rompiendo el flujo laminar.
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16. Tubos corrugados
Ventajas, consecuencias
• Aumento de la turbulencia
• Aumento del coeficiente
global de transmisión de
calor
• Reducción del área
requerida.
• Aumento de la turbulencia
⇒ menor ensuciamiento
Beneficios para el usuario
• Menor espacio requerido
• Reducción de coste
• Reducción del tiempo de
residencia y como
consecuencia mejora la
calidad del producto
• Aumento del tiempo de
funcionamiento
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17. Tubos corrugados
• Los efectos técnicos que produce la corrugación son:
• Reduce el número de Reynolds crítico
Dícese de la velocidad crítica de un líquido por un tubo, expresada
mediante un número de Reynolds, por encima del cual el
deslizamiento laminar se vuelve turbulento.
• Aumenta la turbulencia, especialmente en flujo de transición.
• Puede romper el flujo laminar.
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24. CALENTADOR
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U = Coeficiente global de transmisión de calor
U=
1
𝑅𝑇
Alimento
Vapor
Fluido frío Fluido
caliente
Ri
Rp
Ro Ri
Rp
Ro
Rinc
𝑅𝑇 = 𝑅𝑖 + 𝑅𝑜
U=
1
𝑅𝑖+𝑅𝑜
𝑅𝑖 =
𝐷𝑒
𝐷𝑖
1
ℎ𝑖
𝑅𝑜 =
1
ℎ𝑜
ℎ𝑖 = Coeficiente de película interno
ℎ𝑜= Coeficiente de película externo
Rt= resistencia total
Ri = resistencia de la pelicula sobre el
interior del tubo
Ro= resistencia de la película sobre el
exterior del tubo.
35. CÁLCULO DE EFICIENCIA DE
INTERCAMBIADORES
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𝜀 =
)
𝐶𝑐(𝑇𝑒𝑐 − 𝑇𝑠𝑐
𝐶𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑎(𝑇𝑒𝑐 − 𝑇𝑒𝑓
Eficiencia del calentador
𝐶𝑐 = 𝑀𝑣𝐶𝑝𝑣
𝐵𝑇𝑈
ℎ °𝐹
; 𝐶𝑓 = 𝑀𝑎𝐶𝑝𝑎
𝐵𝑇𝑈
ℎ °𝐹
𝐶𝑓 < 𝐶𝑐 = 𝐶𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑎
36. CÁLCULO DE EFICIENCIA DE
INTERCAMBIADORES
Ing.
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𝜀 =
)
𝐶𝑐(𝑇𝑒𝑐 − 𝑇𝑠𝑐
𝐶𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑎(𝑇𝑒𝑐 − 𝑇𝑒𝑓
Eficiencia del enfriador
𝐶𝑐 = 𝑀𝑎𝐶𝑝𝑎
𝐵𝑇𝑈
ℎ °𝐹
; 𝐶𝑓 = 𝑀𝑎𝑓𝐶𝑝𝑎𝑓
𝐵𝑇𝑈
ℎ °𝐹
𝐶𝑓 < 𝐶𝑐 = 𝐶𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑎
C max = La mayor de las dos capacidades caloríficas de los fluidos.
C min = La más baja de las dos capacidades caloríficas de los fluidos.
37. Método de la Efectividad – NTU (Número de Unidades de Transferencia).
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38. Método de la Efectividad – NTU (Número de Unidades de Transferencia).
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39. Método de la Efectividad – NTU (Número de Unidades de Transferencia).
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40. Método de la Efectividad – NTU (Número de Unidades de Transferencia).
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41. Método de la Efectividad – NTU (Número de Unidades de Transferencia).
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42. Método de la Efectividad – NTU (Número de Unidades de Transferencia).
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