Intercambiadores De Alta Eficiencia.

INTRODUCCIÓN

La transferencia de calor desde un fluido a otro es un problema común en diseño térmico. Los dispositivos que se usan para tal efecto son los intercambiadores de calor.

La eficiencia de estos equipos en operaciones prolongadas, puede obtenerse solo mediante unidades diseñadas y construidas adecuadamente, y de una programación de mantenimiento de acuerdo a su función e importancia en el proceso de la planta.

La aplicación de los principios de trasferencia de calor al diseño de equipo al fin de lograr cierto objetivo ingenieril es de extrema importancia, porque al aplicar estos al diseño, se está trabajando hacia la importante meta del desarrollo de un producto para el beneficio económico. Una aplicación particular serán las recomendaciones prácticas y procedimientos de control y seguridad que se deberá tener en el análisis térmico con las condiciones de operación y mantenimiento.

Indudablemente quienes estén familiarizados con lo anterior, observara que será conservado todo el materia conceptual así como también sean implementado algunos tópicos acerca de equipos de intercambio de calor.

CAPITULO I

JUSTIFICACIÓN

El análisis a equipos de transferencia de calor, tiene como finalidad aprovechar los recursos energéticos y económicos de la planta industrial, razón por la cual el especialista debe conocer las técnicas y fundamentos matemáticos para llevar a cabo el análisis a los intercambiadores.

Cuando se analizan estos equipos lo que se busca es obtener una unidad con un rendimiento optimo en cuanto a transferencia de calor, sujeto a ciertos criterios como son: 1) bajo costo de capital; 2) bajo costo de operación; 3) resistir las condiciones de servicio de la planta; 4) facilidad de mantenimiento.

Este trabajo tiene como finalidad proporcionar teoría a estudiantes de ingeniería y personal relacionado con el área de termo fluidos que deseen conocer las variables involucradas en el diseño de intercambiadores de calor.

NATURALEZA, SENTIDO Y ALCANCE DE TRABAJO

Este trabajo proporciona las herramientas necesarias para el cálculo hidráulico de un intercambiador de calor, así como las restricciones que tienen que afrontar el ingeniero al proponer una unidad con un rendimiento aceptable.

El propósito es conocer y familiarizarse con los lineamientos generales para el análisis de diseño de intercambiador de calor y la finalidad es determinar las características físicas y económicas por medio de la caída de presión, el área de transferencia de calor por medio del análisis termo hidráulico.

La información que se recopilo en diferentes fuentes para este trabajo de tesina permitirá a los lectores conocer el procedimiento que se sigue para el calculo hidráulico de los intercambiadores de calor.

Por lo anterior, el alcance de este trabajo es proporcionar un análisis teórico para el ejemplo del cálculo termo hidráulico de intercambiadores de calor que fue analizado siendo este un factor importante para decidir si el diseño del equipo es racional y optimo para el servicio.

Para finalizar utilizamos un programa diseñado en EXCEL para comprobar el margen de error que se encontraba entre al forma analítica y computacional.

ENUNCIACIÓN DEL TEMA

Los intercambiadores de calor son equipos ampliamente usados en la industria de proceso. Pueden fabricarse para un amplio rango de fluidos, presiones y temperaturas, además de sus configuraciones, así como los materiales de fabricación.

El estudio de la transferencia de calor en intercambiadores de calor ha sido realizado por diferentes investigadores y todos ellos han hecho alguna aportación, mejorando cada vez más, los cálculos para el diseño.

De acuerdo a lo anterior también es necesario realizar el análisis teórico y ver la influencia de este cálculo en el diseño de los equipos de transmisión de calor.

Algunos estudios que se han realizado para la transferencia de calor en estos equipos son comparando el balance térmico, hidráulico, mecánico, en forma analítica y computacional, observando el grado de error por no considerarse todos los dígitos significativos ya que en forma analítica generalmente se redondean los valores de los parámetros.

EXPLICACIÓN DE LA ESTRUCTURA DEL TRABAJO

Para su desarrollo este trabajo se encuentra estructurado en tres capítulos cuyo contenido se describe a continuación.

Capítulo I

Este capítulo contiene la justificación, la naturaleza, sentido y alcance del trabajo así como también la enunciación del tema.

Capítulo II

En este capítulo se realiza el desarrollo del tema, se hace el planteamiento del tema de investigación, su marco contextual, es decir el espacio geográfico donde se llevo a cabo esta investigación y el contenido del marco teórico el cual esta dividido en cuatro temas con sus respectivos subtemas que son:

Principios y conceptos básicos.

Intercambiadores de alta eficiencia.

Calculo hidráulico de un intercambiador de calor.

Ejemplo de cálculo.

Capítulo III

Aquí se encuentran las conclusiones, bibliografías, anexos y apéndices.

Esperando que este trabajo resulte de gran utilidad para todas aquellas personas interesadas en el tema de los intercambiadores de calor.

Principios y conceptos básicos.

En este se abordarán los conceptos básicos de transferencia de calor, el cual se puede definir como el proceso en el cual se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura, también se mencionarán los distintos mecanismos de transferencia de calor, los cuales son: convección, radiación y conducción.

Por otra parte podemos decir que la función de un intercambiador de calor es transferir calor entre dos medios, que estén separados por una barrera o que se encuentren en contacto, estos conceptos nos ayudaran ya que son fundamentales para el entendimiento y el desarrollo del tema.

Intercambiadores de alta eficiencia.

En este tema haremos una pequeña clasificación de los intercambiadores de alta eficiencia, haremos mención de los intercambiadores compactos estos son usados para lograr altas tasas de transferencia de calor por unidad de volumen. Los intercambiadores de calor compactos son comúnmente usados en los procesos industriales de ventilación calentamiento, refrigeración y también de aire acondicionado, debido a su economía, construcción y operación.

Por otra unos de los intercambiadores de calor compacto más empleado es el de tubos aletados. La configuración de la aleta puede ser rectangular o circular, continua o individual.

Estos equipos son de gran interés por varias razones, como son en general, una alta eficiencia, permiten recuperar cantidades de energía más grandes entre las corrientes de proceso.

Calculo hidráulico de un intercambiador de calor.

El cálculo hidráulico de un intercambiador de calor, para este cálculo aplicaremos ecuaciones básicas como: El número de Reynolds la cual relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y dimensión típica de un flujo en una expresión a dimensional, que interviene en numerosos problemas de dinámica de fluidos.

El cálculo de pérdidas por las fricciones y las perdidas locales de las superficies por el intercambio de calor, así como la caída de presión total de un tubo y las perdidas locales en las tuberías, por mencionar algunos cálculos que se realizaran.

Ejemplo de cálculo

Sustituimos los datos que usamos marcados al inicio del ejemplo, al finalizar este análisis emitiremos nuestras conclusiones sobre los resultados obtenidos del mismo y haremos una comparación entre los resultados obtenidos en el programa de Excel y los de este apartado.

CAPITULO II

DESARROLLO DEL TEMA

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN

Generalmente el análisis teórico se realizan considerando las condiciones de entrada y salida en los equipos, en esta investigación se realizara considerando datos de operación de un intercambiador de calor.

El análisis se hará en forma analítica y se comparara con el análisis hidráulico realizado con un programa de cómputo analizándose los resultados para decidir en forma teórica la diferencia entre uno y otro.

La eficiencia energética para los intercambiadores de calor es la relación existente entre el calor suministrado y el calor absorbido por los mismos, el cual se caracteriza por el promedio del flujo de calor en las zonas de radiación y en las zonas de convección, este flujo de transferencia de calor está limitado por la sensitividad térmica del proceso y los materiales de que están formados los equipos.

Para la determinación

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