Intecambiadores De Calor

INDICE.

Introducción. --------------------------------------------------------------------- 3

Capitulo I. ------------------------------------------------------------------------- 5

Conceptos básicos. --------------------------------------------------- 5

Métodos para el diseño de intercambiadores de calor.------ 6

Capitulo II. ----------------------------------------------------------------------- 13

Tipos de intercambiadores de calor.------------------------------ 13

Tubos consecutivos o doble tubo. -------------------------------- 13

Coraza y tubos. ------------------------------------------------------- 15

Evaporadores.---------------------------------------------------------- 17

Placas. ------------------------------------------------------------------- 23

Compacto. -------------------------------------------------------------- 24

Regeneradores. ------------------------------------------------------- 25

Torres de enfriamiento. --------------------------------------------- 26

Capitulo III. ---------------------------------------------------------------------- 29

Métodos de cálculo. ------------------------------------------------- 29

Donohue. -------------------------------------------------------------- 29

Tinker. ------------------------------------------------------------------- 29

Bell-Delaware. -------------------------------------------------------- 30

Kern. --------------------------------------------------------------------- 32

Capitulo IV. --------------------------------------------------------------------- 48

Método Kern. ---------------------------------------------------------- 48

Capitulo V. ---------------------------------------------------------------------- 51

Operación y mantenimiento. -------------------------------------- 51

Hoja de realización del mantenimiento. ------------------------ 57

Capítulo VI. --------------------------------------------------------------------- 58

Conclusiones. --------------------------------------------------------- 58

Bibliografía. --------------------------------------------------------------------- 59

Referencias. -------------------------------------------------------------------- 59

INTRODUCCION.

Un intercambiador de calor es un dispositivo que permite la transferencia de calor de un fluido más caliente a otro menos caliente.

La transmisión de calor en estos aparatos es básicamente por conducción y por convección.

Un intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para transferir calor entre dos medios que estén separados por una barrera o que se encuentren en contacto.

Son parte esencial de los dispositivos de:

-Refrigeración.

-Aire Acondicionado.

-Producción de energía.

-Procesamiento químico.

En los sistemas mecánicos, químicos, nucleares y otros, ocurre que el calor debe ser transferido de un lugar a otro, o bien, de un fluido a otro. Los intercambiadores de calor son los dispositivos que permiten realizar dicha tarea. Un entendimiento básico de los componentes mecánicos de los intercambiadores de calor es necesario para comprender cómo estos funcionan y operan para un adecuado desempeño.

El objetivo de esta sección es presentar los intercambiadores de calor como dispositivos que permiten remover calor de un punto a otro de manera específica en una determinada aplicación. Se presentan los tipos de intercambiadores de calor en función del flujo: flujo paralelo; contraflujo; flujo cruzado. Además se analizan los tipos de intercambiadores de calor con base en su construcción: tubo y carcaza; placas, y se comparan estos. Se presentan también los intercambiadores de paso simple, de múltiples pasos, intercambiador de calor regenerador e intercambiador de calor no regenerativo. Al final se incluyen algunas de las posibles aplicaciones de los intercambiadores de calor.

Como hemos mencionado, un intercambiador de calor es un componente que permite la transferencia de calor de un fluido (líquido o gas) a otro fluido. Entre las principales razones por las que se utilizan los intercambiadores de calor se encuentran las siguientes:

• 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.

• Condensar un fluido en estado gaseoso por medio de un fluido frío.

El desarrollo de los intercambiadores es variado y de una amplia gama de tamaños y tecnología como plantas de potencia de vapor, plantas de procesamiento químico, calefacción y acondicionamiento de aire de edificios, refrigeradores domésticos, radiadores de automóviles, radiadores de vehículos especiales, etc.

En los tipos comunes, tales como intercambiadores de coraza y tubos y los radiadores de automóvil, la transferencia de calor se realiza fundamentalmente por conducción y convección desde un fluido caliente a otro frío que está separado por una pared metálica.

En las calderas y los condensadores, es de fundamental importancia la transferencia de calor por ebullición y condensación.

En ciertos tipos de intercambiadores de calor, como las torres de enfriamiento, el flujo caliente (es decir, el agua) se enfría mezclándola directamente con el fluido frío (es decir, el aire) o sea que el agua se enfría por convección y vaporización al pulverizarla o dejarla caer en una corriente (o tiro) inducida de aire.

En los radiadores de las aplicaciones especiales, el calor sobrante, transportado por el líquido refrigerante, es transmitido por convección y conducción a la superficie de las aletas y de allí por radiación térmica al vacío.

En consecuencia el diseño térmico de los intercambiadores es un área en donde tienen numerosas aplicaciones los principios de transferencia de calor.

El diseño real de un intercambiador de calor es un problema mucho más complicado que el análisis de la transferencia de calor porque en la selección del diseño final juegan un papel muy importante los costos, el peso, el tamaño y las condiciones económicas.

Así por ejemplo, aunque las consideraciones de costos son muy importantes en instalaciones grandes, tales como plantas de fuerza y plantas de proceso químico las consideraciones de peso y de tamaño constituyen el factor predominante en la selección del diseño en el caso de aplicaciones especiales y aeronáuticas. Por lo tanto en este trabajo es importante hacer un tratamiento completo del diseño de intercambiadores de calor.

CAPITULO I

CONCEPTOS BASICOS.

Intercambiador de calor:

Un intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para transferir calor entre dos medios, que estén separados por una barrera o que se encuentren en contacto.

Calor:

Se define como la transferencia de energía térmica que se da entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas, sin embargo en termodinámica generalmente el término calor significa transferencia de energía. Este flujo de energía siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico

Equilibrio térmico:

Para poder dar una definición más precisa del concepto de equilibrio térmico desde un punto de vista termodinámico es necesario definir algunos conceptos.

Dos sistemas que están en contacto mecánico directo o separados mediante una superficie que permite la transferencia de calor lo que se conoce como superficie diatérmica, se dice que están en contacto térmico.

Consideremos entonces dos sistemas en contacto térmico, dispuestos de tal forma que no puedan mezclarse o reaccionar químicamente. Consideremos además que estos sistemas están colocados en el interior de un recinto donde no es posible que intercambien calor con el exterior ni existan acciones desde el exterior capaces de ejercer trabajo sobre ellos. La experiencia indica que al cabo de un tiempo estos sistemas alcanzan un estado de equilibrio termodinámico que se denominará estado de equilibrio térmico recíproco o simplemente de equilibrio térmico.

Conducción:

La conducción de calor o transmisión de calor por conducción es un proceso de transmisión de calor basado en el contacto directo entre los cuerpos, sin intercambio de materia, por el que el calor fluye desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura que está en contacto con el primero.

Convección:

Es una de las tres formas de transferencia de calor y se caracteriza porque se produce por medio de un fluido (líquido o gas) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de materiales, la evaporación del agua o fluidos. Lo que se llama convección en sí, es el transporte de calor por medio del movimiento del fluido.

METODOS PARA EL DISEÑO DE INTECAMBIADORES DE CALOR.

En todos los métodos siempre se parte del dato de la cantidad de calor a transferir o de la diferencia de temperaturas deseada, así como de las propiedades de los líquidos o gases que intervienen en

...