Analisis de un cambiador de calor

ANALISIS DE UN CAMBIADOR DE CALOR (Metal) 1. OBJETIVOS 1. 1-obtener experimentalmente los coeficientes de trasferencia de calor en un intercambiador de calor de tubos y coraza. 1. 2-analizar el efecto de las variables de operacion en el comportamiento de cambiadores de calor. 2. FUNDAMENTO TEORICO 2. 1-balances de energia El tratamiento cuantitativo de los problemas de trasferencia de calor se basa en los balances de energia. La mayoria de los aparatos de trasmision de calor operan a regimen estacionario y este tipo de operaciones sera el considerado en las ecuaciones.

De la ecuacion de balance total de energia se tiene: Aplicando la ecuacion (1) a un cambiador de calor, se considera que: Por definicion: Sustituyendo (3) en (1) Para una cantidad de masa por unidad de tiempo. Donde W: gasto masa H2: entalpia en el punto2 H1: entalpia en el punto 1 La ecuacion 6 puede escribirse para cada una de la corrientes que circulan atreves vfcxz de un cambiador, suponiendo que el ca,viador este aislado convenientemente para el fluido caliente Donde: Qc: calor trasferido por el fluido caliente

Qf: calor trasferido por el fluido frio Wc: gasto masa del fluido caliente Wf: gasto masa del fluido frio Hc: entalpia del fluido

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caliente Hf: entalpia del fluido frio Ahora bien, el calor perdido por el fluido caliente es ganado por el fluido frio, por lo tanto : Suponiendo que los calores especificos son constantes la ecuacion (10) adquiere la forma siguiente: Donde: Calores especificos del fluido caliente y frio respectivamente. Si uno de los fluidos se condensa, la ecuacion (11) se escribe: Donde: Wv: gasto de vapor que condensa calor latente de evaporizacion La ecuacion (12) se basa en la suposicion de que el vapor llega al cambiador como vapor saturado y que el condensador sale a la temperatura (Tb) menor que la temperatura (Ta) de sustraccion, la ecuacion (11) se expresa en la siguiente forma: Donde: Cpc: calor especifico del condensado 2. 2- COEFICIENTE TOTAL DE TRASFERENCIA DE CALOR Los calculos para el diseno de un cambiador de calor se basa en la ecuacion de Fourier, esto es : Donde: U: coeficiente total de trasferencia de calor A: area de trasferencia de calor

AT: diferencia de temperaturas Si la ecuacion (14)se aplica en un punto particular de un cambiador, la traferencia del mismo se expresa: Tomando en cuenta ciertas suposiciones he integrando la ecuacion (15), se tiene: Donde: MLDT: Media logaritmica de la diferencia de temperaturas Ahora bien para el flujo de paralelo: Para flujo en contracorrientes Donde: T1: temperatura de entrada del fluido caliente T2: temperatura de salida del fluido caliente T1 : temperatura de entrada del fluido frio T2: temperatura de salida del fluido frio 2. – CORRECIONES ALA MEDIA LOGARITMICA DE LA DIFERENCIA DE TEMPERATURAS EN UN CAMBIADOR DE MULTIPLES PASOS. En la figura (1) se muestra un esquema tipico de un cambiador de calor de dos pasos por los tubos y en la figura (2) se muestran los perfiles de temperatura desarrolladas a lo largo de los tubos y de la coraza por los fluidos respectivos. La curva se aplica para el fluido del lado de la coraza, que es el fluido caliente, la curva es la del primer paso del fluido por el lado de los tubos y la curva corresponde al segundo paso.

Las curvas (1)y (3) a las de un cambiador de calor contracorriente. La madia logaritmica de temperaturas se aplica o a flujo en contracorriente simple, pero no a una combinacion. Cuando aparecen tipos de flujos diferentes a los paralelos o contracorrientes simples, es costumbre definir un factor de correccion F que al multiplicarse por la MLDT calculada en base de flujo en contra corriente, el producto de la MLDT correcta. El factor F siempre es menor que la unidad. El factor F es una funcion de dos numeros adimencionales definidos por:

En donde “c” y “f” se requiere al fluido caliente y frio respectivamente “a” y “b” ala entrada y salida. El factor Z es la relacion de la caida de temperatura del fluido caliente al aumento de temperatura del fluido frio. El factor Y es la eficiencia de calentamiento o la relacion del aumento del temperatura del fluido frio y el aumento de temperatura maxima posible. A partir de los valores numericos de Y y Z se puede obtener el valor de F (consultar por ejemplo, 2procesos de trasferencia de calor”) Figura1. -CAMBIADORES DE MULTIPLES PASOS

Figura2. -PERFIL DE TEMPERATURAS D. Q. kernp. 933, figura (18) 2. 4-CAMBIO DE CALOR DE TUBOS CONSENTRICOS 2. 4. 1-COEFICIENTES DE PELICULA PARA FLUIDOS EN TUBERIAS A)flujo turbulento B) flujo muy viscoso con RE< 8000 C) flujo laminar Hi: coeficiente de trasferencia de calor para el fluido interior D: diametro de tubo K: conductividad del fluido V: velocidad del fluido . densidad del flujo M: viscosidad Cp. : calor especifico Mw: viscosidad ala temperatura de la pared W: gasto masa del fluido L: longitud del tub0