Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Cedeño fernandez - maldonado

237 views

Published on

intercambiadores de calor

Published in: Education
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

Cedeño fernandez - maldonado

  1. 1. Intercambiadores de calor. 1 INTERCAMBIADORES DE CALOR. Maldonado Sampedro, Byron Josué byronmaldonado92@hotmail.com Cedeño Plaza, Miguel Ángel miguelcedenho_93@hotmail.com Fernández Sánchez, José Miguel J.osyas986@gmail.com RESUMEN: Para que se produzca transferencia de calor entre dos o más sistemas es necesario que estos se encuentren a diferentes temperaturas y que el calor se transfiera en una sola dirección, es decir del cuerpo de mayor temperatura al de menor temperatura. Para conseguir esto se debe utilizar ciertos dispositivos conocidos como intercambiadores de calor. Los intercambiadores de calor son los dispositivos que permiten la transferencia de calor de un lugar a otro, generalmente en los sistemas mecánicos, químicos, nucleares, etc. El objetivo de este ensayo es presentar los distintos tipos de intercambiadores de calor, como dispositivos que permitan de manera específica la aplicación requerida. PALABRAS CLAVE: Caloportador: Fluido que transporta calor de un lugar a otro por conducciones; Flujo másico: Es la cantidad de masa que fluye a través de las fronteras del sistema por unidad de tiempo; Intercambiador: Equipo de transferencia de calor cuya función es cambiar la entalpia de una corriente; Temperatura: Caracteriza el estado térmico de un cuerpo o un sistema. 1 INTRODUCCIÓN En la vida diaria se encuentran varias situaciones físicas en las cuales es necesario una transferencia de calor desde un fluido de mayor temperatura a uno de menor temperatura con múltiples propósitos, bien sea para cumplir un proceso o para alcanzar condiciones de seguridad necesarias en el caso de transporte o almacenamiento. Para transferir calor existen una gran variedad de dispositivos denominados intercambiadores de calor. Un intercambiador de calor es un dispositivo que permite la transferencia de calor de un fluido generalmente por conducción y convección dependiendo la necesidad. 2 INTERCAMBIADORES DE CALOR. Bajo la denominación general de intercambiadores de calor, o a veces llamados cambiadores de calor, se engloba a todos aquellos dispositivos utilizados para transferir energía de un medio a otro, sin embargo, en lo que sigue se hará referencia única y exclusivamente a la transferencia de energía entre fluidos por conducción y convección, debido a que el intercambio térmico entre fluidos es uno de los procesos más frecuente e importante en la ingeniería. Como su nombre indica, los intercambiadores de calor son dispositivos donde dos corrientes de fluido en movimiento intercambian calor sin mezclado. Los intercambiadores de calor se usan ampliamente en varias industrias y su diseño es variado. Un intercambiador típico es el radiador del motor de un automóvil, en el que el fluido Caloportador, calentado por la acción del motor, se enfría por la corriente de aire que fluye sobre él y, a su vez, reduce la temperatura del motor volviendo a circular en el interior del mismo. El mecanismo de funcionamiento de los intercambiadores de calor, que logran una separación total entre los dos fluidos sin que se produzca ningún almacenamiento intermedio de calor, se conoce como recuperador. Los intercambiadores de calor pueden ser usados por las siguientes razones: • Calentar un fluido frío mediante un fluido con mayor temperatura. • Reducir la temperatura de un fluido mediante un fluido con menor temperatura. • Llevar al punto de ebullición a un fluido mediante un fluido con mayor temperatura.
  2. 2. Intercambiadores de calor. 2 • Condensar un fluido en estado gaseoso por medio de un fluido frío. • Llevar al punto de ebullición a un fluido mientras se condensa un fluido gaseoso con mayor temperatura. 2.1 DISEÑO. La estructura lógica para el proceso de diseño de un intercambiador de calor puede ser la siguiente: Diseño térmico. En el diseño térmico se analizan las áreas de transferencia de calor necesarias para el correcto intercambio de energía de un fluido caliente (vapor) hacia otro frio (aire) y así obtener los requerimientos deseados. Diseño hidráulico. El diseño hidráulico establece la caída de presión que sufren los fluidos, y asegura que se encuentre dentro de rangos permisibles que permitan el correcto funcionamiento del equipo. Diseño mecánico. Para el diseño mecánico se debe hacer uso de códigos y normas de equipos a presión. Se debe considerar las condiciones de operación, la presión y temperatura de los fluidos que intercambian calor son de gran importancia para el diseño mecánico del intercambiador. 2.2 TIPOS DE INTERCAMBIADORES. Si bien los intercambiadores de calor se presentan en una inimaginable variedad de formas y tamaños, a continuación especificamos cada uno de ellos. 2.2.1 SEGÚN SU CONSTRUCCIÓN: De Carcaza y tubo: 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 la(s) placa(s) del tubo. Los tubos se sujetan o se sueldan a una placa para proporcionar 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. Figura 1. Intercambiador de calor de carcaza y tubo. De Plato: 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. Generalmente este intercambiador se ha utilizado solamente para aplicaciones donde la presión es pequeña o no muy alta, por ejemplo en los refrigeradores de aceite para máquinas. Figura 2. Intercambiador de calor de plato.
  3. 3. Intercambiadores de calor. 3 2.2.2 SEGÚN SU OPERACIÓN: 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 y como el calor se transfiere del fluido con mayor temperatura hacia el fluido de menor temperatura, la temperatura de los fluidos se aproximan 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. Figura 3. Sentido del flujo en el intercambiador de flujo paralelo. Contraflujo: Se presenta 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. Figura 4. Sentido de flujo en el intercambiador de contraflujo. 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. Figura 5. Arriba (intercambiador de paso simple), Abajo (intercambiador de múltiples pasos) 2.2.3 SEGÚN SU FUNCIÓN EN UN SISTEMA Regenerativos y No-regenerativos: Es importante recordar que estos términos sólo se refieren a "cómo" funciona el intercambiador de calor en un sistema y no indica el tipo de intercambiador como por ejemplo carcaza y tubo, plato, flujo paralelo, contraflujo etc. Figura 6. Intercambiador de calor regenerativo.
  4. 4. Intercambiadores de calor. 4 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, el calor del fluido que abandona el sistema se usa para recalentar el fluido de regreso en lugar de expeler calor hacia un medio externo más frío lo que mejora la eficacia del intercambiador. Figura 7. Intercambiador de calor no regenerativo. 2.2.4 SEGÚN SU PROCESO DE TRANSFERENCIA: De Contacto Directo: En este intercambiador el calor es transferido por contacto directo entre dos corrientes en distintas fases generalmente un gas y un líquido de muy baja presión de vapor fácilmente separable después del proceso de transferencia de energía. Figura 8. Intercambiador de contacto directo. De Contacto Indirecto: En este caso las corrientes separadas y la transferencia de calor se realiza a través de una pared divisoria o desde el interior hacia el exterior de la pared de forma no continua en el caso que el flujo sea intermitente el calor se almacenara primero en la superficie del equipo y luego se transmitirá al fluido frio se denominara intercambiador de almacenaje o regenerador. Figura 9. Intercambiador de contacto indirecto. NOTA: 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. 3 CONCLUSIONES: -La razón para combinar varios tipos de intercambiadores en uno solo, es maximizar la eficacia del mismo 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. - En un intercambiador de calor se debe realizar paulatinamente un mantenimiento, ya que si no se realiza el mismo pueden producirse problemas con su funcionamiento. -Existe la posibilidad de utilizar la Segunda Ley de la Termodinámica como herramienta de comparación entre superficies de intercambio de calor, en el caso de los intercambiadores de calor, cuando se quiere evaluar el desempeño de los mismos desarrollando diversas aplicaciones.
  5. 5. Intercambiadores de calor. 5 4 REFERENCIAS [1] O. A. Jaramillo Centro de Investigación en Energía. Universidad Nacional Autónoma de México November 20 2007, Fuente:https://www.google.com.ec/url?sa=t&rct=j&q=&esrc= s&source=web&cd=5&cad=rja&uact=8&ved=0CDYQFjAE& url=http%3A%2F%2Fwww.cie.unam.mx%2F~ojs%2Fpub%2 FHeatExchanger%2FIntercambiadores.pdf&ei=qHPBVKvzCI mggSwnILoAw&usg=AFQjCNGf8f28couILcZXhGnqIwKW Fc6-ig&bvm=bv.83829542,d.eXY [2]…https://www.facebook.com/l.php?u=https%3A%2F%2Fal ojamientos.uva.es%2Fguia_docente%2Fuploads%2F2011 %2F447%2F42501%2F1%2FDocumento15&h=kAQHlID sA [3]…http://scielo.sld.cu/scielo.php?pid=S18155944201100030 0002&script=sci_arttext [4] Briseño M. I. (2005) “Dimensionamiento de Intercambiadores de Calor Tubulares” Universidad de los Andes, Mérida Venezuela. [5] Romano G. (1979) Cambiadores de Calor. Soluciones prácticas tomo 3. España. Ediciones URMO S.A.

×