“Año de la Diversidad Productiva y del Fortalecimiento de la Educación”

DOCENTE:

MORALES CUBA, Juan Carlos

INTEGRANTES:

CLAUDIO RAMIREZ, Ada Luz

CORREA HUAMANI, Viley

VALLADOLID MIÑOPE, Rosita

VILQUINICHE ROMANI, Patricia

2015

INTERCAMBIADORES DE CALOR

INTERCAMBIADORES DE CALOR

I.INTRODUCCION:

Los intercambiadores de calor son dispositivos usados para la transferencia de calor entre dos o más fluidos. Son comúnmente usados en los procesos industriales de ventilación calentamiento, refrigeración y también aire acondicionado, debido a su economía, construcción y operación. Una vez establecidos los principales mecanismos de transferencia de calor, estudiaremos el intercambio de calor considerado desde un punto de vista global, donde aparecen mezclados el conjunto de procesos: conducción, convección, radiación y cambios de fase. Prácticamente todo sistema térmico necesita uno o más intercambiadores de calor para funcionar. Son numerosos los ejemplos de la vida cotidiana y de la industria donde encontramos intercambiadores. Basta pensar en nuestra calefacción, refrigeración, cocina, transporte para advertir intercambiadores. Si pensamos en nuestra electricidad, la mayor parte la debemos a generación térmica. A partir de datos de 2009, lamentablemente a ‘un el 80 % del consumo energético mundial proviene del petróleo (33 %), gas (21%), carbón (21 %) y uranio (7 %)1 Para la utilización de estos combustibles se asocian ciclos térmicos e intercambiadores de calor. Este escenario catastrofico2 en el mediano y largo plazo, refuerza la necesidad de comprender el funcionamiento de los intercambiadores de calor.

A.1.INTERCAMBIADORES DE CALOR

A.1.1 GENERALIDADES

Según la séptima edición de KREITH, MANGLIK, MARK (2011) dice: EL calor, en esencia se transporta o se mueve mediante un gradiente de temperatura, fluye o se transfiere de una región de alta temperatura a una baja temperatura, la comprensión de este proceso y sus mecanismos requieren que se conecten los principios de la termodinámica y del flujo de fluidos con los de transferencia de calor ósea siempre que existe una gradiente de temperatura en un sistema o cuando se ponen en contacto dos sistemas con temperaturas diferentes se transfiere energía.

A.1.2. DESCRIPCION DE INTERCAMBIADORES DE CALOR

El calor es una energía en tránsito. Según el segundo principio de la termodinámica, éste pasa espontáneamente de los cuerpos de mayor temperatura a los de menor temperatura hasta que ambos alcanzan un estado de equilibrio.

Un intercambiador es un equipo en el cual se produce dicha transferencia de calor, de un fluido o foco caliente a otro menos caliente de forma interesada y controlada.

Figura A.1.2.intercambiador de calor

Aunque hay tres tipos posibles de transmisión de calor (conducción, convección y radiación), en los intercambiadores se realiza sólo por conducción y convección. Son intercambiadores de calor: los radiadores de calefacción, cualquier caldera, el condensador de una máquina frigorífica, etc.

A.2 CLASIFICACION DE EQUIPO DE TRANSFERENCIA DE CALOR

A.2.1.SEGUN EL TIPO DE SERVICIO enfriador Es una unidad en la cual una corriente de proceso intercambia

calor con agua o aire sin que ocurra cambio de fase Calentador: Un calentador es un intercambiador de calor que aumenta la

entalpia de una corriente, sin que normalmente ocurra un cambio de fase. Como fuente de calor se utiliza una corriente de servicio, la cual puede ser vapor de agua, aceite caliente, fluidos especiales para transferencia de calor o una corriente de proceso de entalpia alta, por ejemplo la descarga de un reactor operado a temperaturas elevadas.

Refrigerador: Es una unidad que utiliza una sustancia refrigerante para enfriar un fluido, hasta una temperatura menor que la obtenida si se utilizara aire o agua como medio de enfriamiento

Condensador: Es una unidad en la cual los vapores de proceso se convierten total o parcialmente en líquidos. Generalmente se utiliza agua o aire como medio de enfriamiento. El termino condensador de superficie se refiere específicamente a aquellas unidades de carcaza y tubos que se utilizan para la condensación del vapor de desecho, proveniente de las máquinas y de las turbinas a vapor. Un condensador de contacto directo es una unidad en la cual el vapor es condensado mediante contacto con gotas de agua

Vaporizador: Es un intercambiador que convierte liquido a vapor. El termino vaporizador se refiere normalmente a aquellas unidades que manejan líquidos diferentes al agua.

Rehervido: Es una vaporizador que suministra el calor latente de vaporización al fondo (generalmente) de una torre fraccionadora. Hay dos tipos generales de hervidores, aquellos que envían dos fases a la torre para separar el vapor del líquido y los que retornan vapor solamente. Los primeros pueden operar mediante circulación natural (comúnmente llamados termosifones(o circulación forzada. Los termosifones son los tipos de hervidores más comunes. Los termosifones horizontales donde la vaporización ocurre en el lado de la carcasa, son los más utilizados en la industria petrolera. En los del tipo vertical, la vaporización ocurre en el lado de los tubos y se utilizan preferiblemente en las industrias químicas. En un termosifón, se debe disponer de suficiente cabezal a fin de mantener la circulación natural del líquido a evaporar.

Generadores de vapor: Son un tipo especial de vaporizadores usados para producir vapor de agua. Como fuente de calor se utiliza generalmente el calor en exceso que no se requiere para el proceso; de allí que a estos hervidores se les llame comúnmente “Calderas de recuperación de calor”. Al igual que los hervidores los generadores de vapor pueden ser del tipo Kettle, de circulación forzada o termosifones.

Sobrecalentado: Un sobrecalentado calienta el vapor por encima de su temperatura de saturación. En teoría, el diseño de todos estos equipos es parecido, sin embargo, los cálculos de los coeficientes de transferencia de calor difieren unos de otros. Por ejemplo, hay que considerar si existe o no cambio de fase, el régimen de flujo, si el fluido es multé componente, etc.

A.2.2. DEACUERDO AL PROCESO DE TRANSFERENCIA

Contacto directo Este tipo de intercambiador, el calor es transferido por contacto directo entre dos corrientes distintas fases (generalmente un gas y un líquido de muy baja presión de vapor) fácilmente separables después del proceso de transferencia de energía; como ejemplo se tienen las torres de enfriamiento de agua con flujo de aire. El flujo de aire puede ser forzado o natural.

Contacto indirecto En los intercambiadores de tipo contacto indirecto, las corrientes permanecen separadas y la transferencia de calor se realiza a través de una pared divisora, o desde el interior hacia el exterior de la pared de una forma no continua. Cuando el flujo de calor es intermitente, es decir, cuando el calor se almacena primero en la superficie del equipo y luego se transmite al fluido frio se denominan intercambiadores tipo transferencia indirecta, o tipo almacenador o sencillamente regenerador.

A.3 TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR SEGÚN SU CONSTRUCCIÓN

Si bien los intercambiadores de calor se presentan en una inimaginable variedad de formas y tamaños, la construcción de los intercambiadores está incluida en alguna de las dos siguientes categorías: carcaza y tubo o plato. Como en cualquier dispositivo mecánico, cada uno de estos presenta ventajas o desventajas en su aplicación.

A.3.1.Carcaza y tubo La construcción más básica y común de los intercambiadores de calor es el de tipo tubo y carcaza que se muestra a continuación.

Figura A.3.1intercambiador de calor de carcasa y tubos

Este tipo de intercambiador consiste en un conjunto de tubos en un contenedor llamado carcaza. El flujo de fluido dentro de los tubos se le denomina comúnmente flujo interno y aquel que fluye en el interior del contenedor como fluido de carcaza o fluido externo. En los extremos de los tubos, el fluido interno es separado del fluido externo de la carcasa por las placas del tubo. Los tubos se sujetan o se sueldan a una placa para proporcionan un sello adecuado. En sistemas donde los dos fluidos presentan una gran diferencia entre sus presiones, el líquido con mayor presión se hace circular típicamente a través de los tubos y el líquido con una presión más baja se circula del lado de la cáscara. Esto es debido a los costos en materiales, los tubos del intercambiador de calor se pueden fabricar para soportar presiones.

A.3.2. El intercambiador de calor de tipo plato, como se muestra en la figura, consiste de placas en lugar de tubos para separar a los dos fluidos caliente y frío Los líquidos calientes y fríos se alternan entre cada uno de las placas y los bafles dirigen el flujo del líquido entre las placas. Ya que cada una de las placas tiene un área superficial muy grande, las placas proveen un área extremadamente grande de transferencia de térmica a cada uno de los líquidos .Por lo tanto, un intercambiador de placa es capaz de transferir mucho más calor con respecto a un intercambiador de carcaza y tubos con volumen semejante, esto es debido a que las placas proporcionan una mayor área que la de los tubos. El intercambiador de calor de plato, debido a la alta eficacia en la transferencia de calor, es mucho más pequeño que el de carcaza y tubos para la misma capacidad de intercambio de calor.

Figura A.3.2. Intercambiador de calor tipo plato

Sin embargo, el tipo de intercambiadores de placa no se utiliza extensamente debido a la inhabilidad de sellar confiablemente las juntas entre cada una de las placas. Debido a este problema, el tipo intercambiador de la placa se ha utilizado solamente para aplicaciones donde la presión es pequeña o no muy alta, por ejemplo en los refrigeradores de aceite para máquinas. Actualmente se cuentan importantes avances que han mejorado el diseño de las juntas y sellos, así como el diseño total del intercambiador de placa, esto ha permitido algunos usos a gran escala de este tipo de intercambiador de calor. Así, es más común que cuando se renuevan viejas instalaciones o se construyen nuevas instalaciones el intercambiador de la placa está substituyendo paulatinamente a los intercambiadores de carcaza y tubo.

A.4.Tipos de intercambiadores de calor según su operación

Ya que los intercambiadores de calor se presentan en muchas formas, tamaños, materiales de manufactura y modelos, estos son categorizados de acuerdo con características comunes. Una de las características comunes que se puede emplear es la dirección relativa que existe entre los dos flujos de fluido. Las tres categorías son: Flujo paralelo, Contraflujo y Flujo cruzado.

A.4.1 Flujo paralelo, existe un flujo paralelo cuando el flujo interno o de los tubos y el flujo externo o de la carcasa ambos fluyen en la misma dirección. En este caso, los dos fluidos entran al intercambiador por el mismo extremo y estos presentan una diferencia de temperatura significativa. Como el calor se transfiere del fluido con mayor temperatura hacia el fluido de menor temperatura, la temperatura de los fluidos se aproxima la una a la otra, es decir que uno disminuye su temperatura y el otro la aumenta tratando de alcanzar el equilibrio térmico entre ellos. Debe quedar claro que el fluido con menor temperatura nunca alcanza la temperatura del fluido más caliente.

Figura A.4 intercambiador de flujo por paralelo

A.4.2 Contraflujo, se presenta un contraflujo cuando los dos fluidos fluyen en la misma dirección pero en sentido opuesto. Cada uno de los fluidos entra al intercambiador por diferentes extremos Ya que el fluido con menor temperatura sale en contraflujo del intercambiador de calor en el extremo donde entra el fluido con mayor temperatura, la temperatura del fluido más frío se aproximará a la temperatura del fluido de entrada. Este tipo de intercambiador resulta ser más eficiente que los otros dos tipos mencionados anteriormente. En contraste con el intercambiador de calor de flujo paralelo, el intercambiador de contraflujo puede presentar la temperatura más alta en el fluido frío y la más baja temperatura en el fluido caliente una vez realizada la transferencia de calor en el intercambiador

Figura A.4.3 intercambiador de contraflujo

A.4.3 Flujo cruzado se muestra como en el intercambiador de calor de flujo cruzado uno de los fluidos fluye de manera perpendicular al otro fluido, esto es, uno de los fluidos pasa a través de tubos mientras que el otro pasa alrededor de dichos tubos formando un ángulo de 90◦ Los intercambiadores de flujo cruzado son comúnmente usado donde uno de los fluidos presenta cambio de fase y por tanto se tiene un fluido pasado por el intercambiador en dos fases bifásico. Un ejemplo típico de este tipo de intercambiador es en los sistemas de condensación de vapor, donde el vapor exhausto que sale de una turbina entra como flujo externo a la carcasa del condensador y el agua fría que fluye por los tubos absorbe el calor del vapor y éste se condensa y forma agua líquida. Se pueden condensar grandes volúmenes de vapor de agua al utiliza este tipo de intercambiador de calor. En la actualidad, la mayoría de los intercambiadores de calor no son puramente de flujo paralelo, contraflujo, o flujo cruzado; estos son comúnmente una combinación de los dos o tres tipos de intercambiador. Desde luego, un intercambiador de calor real que incluye dos, o los tres tipos de intercambio descritos anteriormente, resulta muy complicado de analizar. La razón de incluir la combinación de varios tipos en uno solo, es maximizar la eficacia del intercambiador dentro de las restricciones propias del diseño, que son: tamaño, costo, peso, eficacia requerida, tipo de fluidos, temperaturas y presiones de operación, que permiten establecer la complejidad del intercambiador.

Figura A.4.3 intercambiador de flujo cruzado

A.5.Intercambiadores de un solo paso (o paso simple) y de múltiple pasos.

Un método que combina las características de dos o más intercambiadores y permite mejorar el desempeño de un intercambiador de calor es tener que pasar los dos fluidos varias veces dentro de un intercambiador de paso simple. Cuando los fluidos del intercambiador intercambian calor más de una vez, se denomina intercambiador de múltiple pasos. Sí el fluido sólo intercambia calor en una sola vez, se denomina intercambiador de calor de paso simple o de un solo paso. Se muestra un ejemplo de estos intercambiadores. Comúnmente el intercambiador de múltiples pasos invierte el sentido del flujo en los tubos al utilizar dobleces en forma de "U" en los extremos, es decir, el doblez en forma de "U" permite al fluido fluir de regreso e incrementar el área de transferencia del intercambiador. Un segundo método para llevar a cabo múltiples pasos es insertar bafles o platos dentro del intercambiador.

A.6. Intercambiadores Regenerativos y No-regenerativos

Intercambiadores de calor también pueden ser clasificados por su función en un sistema particular. Una clasificación común es

Figura A.6. Intercambiador de un solo tipo de paso e intercambiador de múltiple paso

• Intercambiador regenerativo.

• Intercambiador no-regenerativo.

Un intercambiador regenerativo es aquel donde se utiliza el mismo fluido (el fluido caliente y el fluido frío es el mismo). Esto es, el fluido caliente abandona el sistema cediendo su calor a un regenerador y posteriormente regresando al sistema. Los intercambiadores regenerativos son comúnmente utilizados en sistemas con temperaturas altas donde una porción del fluido del sistema se remueve del proceso principal y éste es posteriormente integrado al sistema. Ya que el fluido que es removido del proceso principal contiene energía (energía interna, mal llamado calor), el calor del fluido que abandona el sistema se usa para recalentar (regenerar) el fluido de regreso en lugar de expeler calor hacia un medio externo más frío lo que mejora la eficacia del intercambiador. Es importante recordar que el término "regenerativo/no-regenerativo" sólo se refiere a "cómo" funciona el intercambiador de calor en un sistema y no indica el tipo de intercambiador (carcaza y tubo, plato, flujo paralelo, contraflujo). En un intercambiador regenerativo, el fluido con mayor temperatura en

enfriado por un fluido de un sistema separado y la energía (calor) removida y no es regresaba al sistema.

A.7.SEGUN SU CLASIFICACION DE FLUIDOS

Aquí se presenta un panorama general de los intercambiadores de calor más comunes, aunque se usó de distintos tipos de fluidos no es rígida unas configuraciones son más adecuadas de otras para cada pareja de fluidos aquí se indica de que trata cada uno de ellos y los tipos de intercambiadores

Ambos fluidos son líquidos .y son los siguientes Intercambiador de carcasa redonda y tubos lisos Intercambiador de tubos concéntricos Intercambiadores de placas corrugadas Intercambiador en espiral

Figura 7.Clasificación fluida

B.1.PARA LA ELABORACION DEL TRABAJO ELEGIMOS INTERCAMBIADOR POR PLACAS

B.1.1 GENERALIDADES

Según el libro de Kern, D.Q. (1974).Procesos de Transferencia de Calor, 8ª impresión. CECSA. México. Dice a pesar de ser poco conocido, el intercambiador de placas, llamado también PHE por sus siglas en inglés: Plate Heat Exchanger, tiene patentes de finales del siglo XIX, específicamente hacia 1870, pero no fue sino hasta los años 30 que comenzó a ser ampliamente usado en la industria láctea por razones sanitarias. En este tipo de intercambiadores las dos corrientes de fluidos están separadas por placas, que no son más que láminas delgadas, rectangulares, en las que se observa un diseño corrugado, formado por un proceso de prensado de precisión (Figura 4). A un lado de cada placa, se localiza una empacadora que bordea todo su perímetro. La unidad completa mantiene unidos a un cierto número de estas

placas, sujetas cara a cara en un marco. El canal de flujo es el espacio que se forma, gracias a las empacadoras, entre dos placas adyacentes; arreglando el sistema de tal forma, que los fluidos fríos y calientes corren alternadamente por dichos canales, paralelamente al lado más largo. Existen aberturas en las 4 esquinas de las placas que conjuntamente con un arreglo apropiado en las empacadoras, dirigen a las dos corrientes en sus canales de flujo

B.1.2.DESCRIPCION DEL INTERCAMBIADOR POR PLACAS

Consiste en una serie de placas metálicas rectangulares, que se acoplan unas a otras en un bastidor metálico y se mantiene fijas mediante unos tronillos laterales

Cada placa metálica esta estampada con un patrón ondulatorio que forma una serie de corrugaciones por las que circula el fluido estas corrugaciones tiene una triple misión

1. la más importante, favorece la transferencia de calor, al aumenta la superficie del intercambio y la turbulencia.

2. en segundo logran una mayor rigidez de la placa y provee un soporte mecánico al con junto de placas a través de múltiples puntos de contacto.

3. por ultimo mantiene constante la separación entre ellas

En la figura se muestra un cambiador de este tipo que se le puede observar además como es la circulación del fluido

Figura B.1.2 intercambiador de placas

B.1.3. CARACTERISTICAS

Fácil montaje y desmontaje. Se limpia fácilmente, la higiene es muy importante. Área de servicio variable: es sencillo añadir o suprimir placas Las roturas o fugas se detectan fácilmente. Coeficiente de transferencia de calor elevados que hacen que el área de

transferencia necesaria sea pequeña Bajo ensuciamiento ya que se obtiene una turbulencia muy elevada Las temperaturas obtenidas se ajustan mucha alas deseadas Alta compacidad por lo que el volumen que ocupan es muy pequeño Cuando los materiales de construcción no son aceros son más económicos

que los de carcasa y tubos. No se pueden utilizar cuando los fluidos tiene partículas en suspensión No se utilizan para gases Para el caso de agua-agua se el intercambiador debe de construirse en acero

el de carcasa y tubos resulta más económico Toda superficie es corroída por igual debido a que el flujo es uniforme mientras

que en los intercambiadores de carcasa y tubos de corrosión es más localizada.

B.1.4. APLICACIÓN INTERCAMBIADOR DE CALOR DE PLACAS

Los intercambiadores de calor de placas se usan en la central lechera en una variedad de aplicaciones de calentamiento y refrigeración. Para las aplicaciones de calentamiento se suele utilizar vapor como medio primario. Se controla con facilidad y sus excelentes cualidades para transportar calor permiten dimensionar al mínimo las tuberías y el intercambiador. Una válvula de control de temperatura ajusta constantemente el caudal y presión del vapor primario para compensar las fluctuaciones de caudal y temperatura en la entrada del líquido secundario.

Así se asegura que el producto que sale del intercambiador está siempre a la temperatura correcta. Cuando el vapor cede su calor, se condensa y este condensado debe desalojarse inmediatamente para permitir al vapor que siga entrando en el intercambiador y siga con el proceso.

Si se permite que el condensado permanezca en el intercambiador, el resultado sería un control pobre de temperatura y aumentarán las posibilidades de daños por golpes de ariete. Si se selecciona el tipo correcto de purgador, y siempre que la presión en el espacio vapor del intercambiador sea superior a la presión en el sistema de retorno de condensado, el condensado se desalojará tan pronto como se haya formado.

De todos modos, la presión en el espacio vapor de un intercambiador de placas nunca es constante y puede caer en una condición de vacío con cargas bajas. Cuando la

Presión en el sistema de retorno de condensado es superior a la presión en el espacio

Figura B.1.4.aplicacion en un intercambiador de calor

Vapor del intercambiador, se dice que el intercambiador está en una condición de interrupción de flujo (“stall”). Bajo estas condiciones el condensado no puede ser desalojado del intercambiador.

Una solución efectiva para este problema consiste en instalar una unidad bomba/purgador. De esta manera se asegurará que el condensado se desaloje del intercambiador bajo condiciones de trabajo normales y en condición de “stall”. Condensado Spirax Sarco puede evaluar si una aplicación de intercambiador de calor puede tener una condición de “stall” y como asegurar que se eviten sus efectos adversos.

Es posible simplificar la transferencia térmica, representando el intercambiador de calor de forma simbólica como dos canales separados por una pared tubular.En el caso de calentamiento, el agua caliente fluye a través de un canal y la leche a través del otro. El calor es transferido a través de la pared. El agua caliente entra en el canal a la temperatura Te y se enfría hasta la temperatura de salida Ts. La leche entra en el citado intercambiador a una Temperatura Ta y es calentada por el agua hasta

salir a la temperatura Tsa. Los cambios de temperatura durante el paso a través del intercambiador se muestran en la siguiente figura:

Datos necesarios para el dimensionamiento de un Intercambiador de Calor.

El tamaño y la configuración o solución de un intercambiador de calor dependen de muchos factores. Los cálculos pueden ser muy complejos por lo que actualmente normalmente se realizan con la ayuda de un ordenador. Los factores que han de ser considerados son:

Velocidad de flujo o caudal de producto. Propiedades físicas de los líquidos. Programa de temperaturas. Caídas de presión admisibles. Diseño del intercambiador de calor. Necesidades de limpieza. Tiempos de funcionamiento necesarios.

La fórmula general utilizada para el cálculo del tamaño (área de transferencia de calor) de un intercambiador de calor es:

Caudal de producto

La velocidad de flujo o caudal, viene determinada por el plan de trabajo o capacidad

de trabajo establecido en la industria láctea. Cuanto mayor es el caudal a procesar mayor será el intercambiador de calor que se necesite.Ejemplo: Si el caudal de trabajo de una planta se incrementa de 10.000 L/h a 20.000 L/h, el intercambiador de calor debe de ampliarse hasta el doble del tamaño original, ya que los caudales se han doblado, manteniéndose constantes el resto de factores que influyen sobre el tamaño.

Propiedades físicas de los líquidos.

El valor de la densidad viene determinado por la naturaleza del producto.El valor del Calor específico viene también determinado por el producto. El calor específico indica la cantidad de calor que se le ha de suministrar al producto para incrementar su temperatura en 1°C.Otra propiedad física importante es la viscosidad.

Programa de temperaturas

El objeto de la transferencia de calor es calentar o enfriar una cantidad dada de producto, tal como la leche, desde una temperatura dada de entrada hasta una temperatura establecida de salida. Esto se consigue en un intercambiador de calor con la ayuda de un medio calo portador, como el agua. En el caso del calentamiento, la leche se calienta con agua caliente, cuya temperatura desciende.Se deben de considerar diferentes aspectos del programa de temperaturas:

El cambio de temperaturas. La temperatura diferencial de los entre los líquidos La dirección de flujo de los líquidos que intercambian calor.

Cambio de temperaturaLas temperaturas de entrada y salida del producto son determinadas por las etapas del proceso anterior y posterior. El cambio de la temperatura del producto viene indicado como Dt en la fórmula general que se ha visto anteriormente. Este cambio de temperatura se puede expresar Dt = Tf-Ti.La temperatura de entrada del fluido calo portador viene determinada por las condiciones de proceso. La temperatura de salida del fluido calo portador puede ser calculada mediante un balance de energía.En un intercambiador de calor moderno las pérdidas de energía hacia el aire de los alrededores pueden ser despreciadas, ya que son muy pequeñas. Por lo anterior, la energía dad por el líquido caliente será igual a la energía absorbida por el ´líquido frío, de acuerdo con el correspondiente balance de energía. Este calor se puede expresar mediante la fórmula:

Diferencia de temperatura media logarítmica (DTML)

Ya se ha comentado anteriormente que existe una diferencia entra las temperaturas de los dos líquidos que intercambian calor. La diferencia de temperaturas es la fuerza impulsora. Cuanto mayor es la diferencia de temperaturas, mayor es la velocidad de transferencia de calor y más pequeña es la superficie de intercambio necesaria. En productos sensibles al calor se tienen, sin embargo, límites en esa diferencia de temperaturas.La diferencia de temperaturas puede variar a través del intercambiador. A efectos de cálculo se utiliza un valor medio para esa diferencia de temperatura (DTML). Se indica como Dt, en la fórmula vista anteriormente. Esta diferencia media de temperaturas se puede calcular mediante la fórmula:

Un factor importante en la determinación de la diferencia de temperatura media es la dirección de flujo de cada uno de los fluidos que intercambian calor, dentro del intercambiador de calor. Existen dos opciones principales, flujo en contracorriente y flujo en paralelo.

B.2 INTERCAMBIADOR O TRANFERENCIA

En este caso la transferencia será en dos formas: calor y flujo másico la transferencia de energía se reconocen en las fronteras del sistema cuando cruzan y representa la energía que pierde o gana en la transferencia.

SISTEMA de transferencia

ENTRA: T° incrementa su energía

ENTRA: Flujo disminuye

SALE: flujo aumenta

SALE: T° DISMINUYE

B.2 EJEMPLO MEDIANTE UN PROBLEMA

REFRIGERANTE

CALCULARa) Flujo másico de agua de enfriamientob) Tasa de transferencia de Calor desde el refrigerante hacia el agua

Siendo un proceso de flujo estacionario porque no hay cambio con el tiempo en ningún punto entonces:

∆ mvc=0 y ∆ EVC=0.2

Energías: Cinética y Potencial ≅0.3

Q≅ 0.4 (Perdidasdel calor del sistemasoninsignificantes ) No hay interacción de trabajo.

SOLUCION

Observamos que hay 2 corrientes de fluidos (2 entradas y salidas sin ser mezclados).

a) Balance de masa m entrada=m salidaPara cada corriente de fluido puesto no hay mezclado

m 1=m2=m wm 3=m 4=m

Realizando Balance: Eentrada−E salida=dE sistema /dt=0Eentrada=Esalida

m1 h1+m3 h3=m2 h2+m4 h4(dado que ˙Q≅ 0. ˙W=0 , ec≅ ep≅ 0)

La combinación del balance de masa y energía da:

mw (h1−h2 )=m (h4−h3 ) (ecuacion1)

Entalpia de agua sabiendo que entra como líquido comprimido al sistema , debido a que sus temperaturas están por debajo a la Tº de saturación 300kPa (133.52ºC).Según las tablas:

h1≅ h f @15ªC=62.982Kj /Kgh2≅ h f @25 ªC=104.83Kj /Kg

El refrigerante :Entra como vapor sale como liquidoSobrecalentado comprimido

P3=1MPaT 3=70℃

h3=303.85KJ /KG

P4=1MPaT 4=35℃

h3=100.87KJ /KG

Reemplazando ecuación 1

mw (62.988−104.83 )KJ /KG=6Kg /min (100.87−303.85 ) Kj /kg

m=29.1kj /min

b) La transferencia de calor ya no es cero

Eentrada−E salida=dE sistema /dt=0

Eentrada=Esalida

Qw , entrada+mw (h2−h1 )=mwh2 …… Reordenando y sustituyendo se obtiene

35℃

Las entalpias son halladas según tablas del refrigerante

Qw . entrada=mw (h2−h1)=(29.1kg /min ) (104.83−62.982 ) kj /kg=1218kj /min

B.3 EJEMPLO MEDIANTE UN CASO sencillo en termodinámica

1. Un vaso de agua caliente se incrementa la energía interna de sus moléculas y se mueven más rápido.

AGUA CALIENTE

La mezclamos con agua fría sus moléculas tienen energía interna pero estas se mueven muy lentas o sea baja energía interna estas entraran en contacto con el agua caliente, esta hace que las moléculas q antes estaba yendo rápido baja su temperatura.

MESCLA

Pero no necesariamente se mesclan para que haya un cambio de temperatura otro ejemplo seria del chocolate estas no se tiene que mezclar para q cambia su energía sino que el chocolate caliente y frio no necesariamente se tiene q mesclar para q tengan la misma energía

El aire está compuesto con moléculas esta hace q el chocolate se enfrié este es un proceso de termodinámica.

BIBLIOGRAFIA

Fundamento de transferencia de calor pag.582.

Diseño y cálculo de intercambiadores de calor.

Flujo de fluidos o intercambio de calor.

Gomes Ribelles, Jose. Termodinámica