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Tecnologa Energtica Curso 2004-05
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TEMA 1. INTERCAMBIADORES DE
CALOR
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ndice Clasificacin. Regeneradores. Mezcladores o de contacto directo. Intercambiadores de lecho compacto. Intercambiadores de llama directa. Clasificacin de los recuperadores. Factores de impureza. Coeficientes de conveccin. Coeficiente global de transferencia de calor.
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Clasificacin (I) Segn la forma de trabajo:
Recuperadores: los dos fluidos pasan simultneamente sobre las dos superficies de la pared separadora.
Regeneradores: los dos fluidos pasan alternativamente sobre la misma superficie de la pared separadora.
Mezcladores o de contacto directo: no hay pared separadora a travs de la que se intercambia el calor.
De lecho compacto: es un regenerador con un medio poroso como matriz fija.
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Clasificacin (II) Segn la forma de trabajo:
De llama directa: un nico fluido en contacto con llama a travs de una superficie.
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Regeneradores (I) Pared separadora se llama matriz. Puede ser matriz fija o rotativa. Materiales de la matriz:
cp alto. k alta en direccin ^ al flujo y baja en direccin
// al flujo. difusividad trmica (a) alta. coeficiente de dilatacin trmica bajo.
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Regeneradores (II) Regenerador de matriz fija:
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Regeneradores (III) Regenerador de
matriz fija doble (de lecho compacto): Doble para
trabajar en continuo.
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Regeneradores (IV) Regenerador de matriz rotativa:
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Regeneradores (V) Regenerador de matriz rotativa:
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Mezcladores (I) Transferencia de calor y masa (evaporacin
de agua). Torres de refrigeracin o enfriamiento. Enfriador evaporativo.
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Mezcladores (II) Torres de refrigeracin o enfriamiento:
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Mezcladores (III) Esquema de una
torre de refrigeracin o enfriamiento:
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Mezcladores (IV) Esquema de un enfriador evaporativo:
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Intercambiador de llama directa Esquema de
una caldera industrial:
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Recuperadores (I) Clasificacin segn direccin del flujo y tipo
de construccin: Intercambiadores de tubos concentricos o
doble tubo: En flujo paralelo. En contraflujo.
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Recuperadores (II) Clasificacin segn direccin del flujo y tipo
de construccin: Intercambiadores de flujo cruzado:
Tubulares con aletas (flujo no mezclado). Tubulares sin aletas (flujo mezclado).
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Recuperadores (III) Clasificacin segn direccin del flujo y tipo
de construccin: Intercambiadores de carcasa y tubos:
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Recuperadores (IV) Intercambiadores de carcasa y tubos:
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Recuperadores (V) Intercambiador
de carcasa y tubos: Componentes.
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Recuperadores (VI) Intercambiadores de carcasa y tubos:
Se subdividen segn el nmero de pasos de cada fluido por los tubos y por la carcasa.
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Recuperadores (VII) Intercambiadores de
carcasa y tubos: Con deflectores en el
lado de la carcasa para aumentar la turbulencia y crear flujo cruzado.
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Recuperadores (VIII) Clasificacin segn direccin del flujo y tipo
de construccin: Intercambiadores de calor compactos:
Se busca rea de transferencia de calor por unidad de volumen muy alta (> 700 m2/m3).
Formados por complejos arreglos de tubos (planos o circulares) con aletas (de placa o circulares).
Se usan cuando uno de los fluidos es gas. Secciones de paso pequeas flujo laminar.
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Recuperadores (IX) Intercambiadores de calor
compactos:
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Factores de impureza
Fluido fR
(m2K/W) Agua de mar y agua tratada para
alimentacin de una caldera (T < 50 C) 0,0001
Agua de mar y agua tratada para alimentacin de una caldera (T > 50 C)
0,0002
Agua de ro (T < 50 C) 0,0002 - 0,001 Aceite de motor 0,0009
Lquidos refrigerantes 0,0002 Vapor (no aceitoso) 0,0001
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Coeficientes de conveccin
Proceso Fluido h (W/m2K) Conveccin libre Gases 2 - 25 Conveccin libre Lquidos 50 - 1.000
Conveccin forzada Gases 25 - 250 Conveccin forzada Lquidos 50 - 20.000
Conveccin con cambio de fase Ebullicin 2.500 - 25.000
Conveccin con cambio de fase Condensacin 5.000 - 100.000
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Coeficiente global de transferencia de calor
Combinacin de fluidos U (W/m2K)
Agua con agua 850 - 1.700 Agua con aceite 110 - 350
Condensador de vapor (agua en tubos)
1.000 - 6.000
Condensador de amoniaco (agua en tubos)
800 - 1.400
Condensador de alcohol (agua en tubos) 250 - 700
Intercambiador de calor de tubos con aletas (agua en tubos, aire en flujo
cruzado) 25 - 50
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Bibliografa F. P. Incropera y D. P. De Witt, Fundamentos
de Transferencia de Calor, 4 edicin, Pearson Educacin, Mxico, 1999.
F. Kreith y M. S. Bohn, Principios de Transferencia de Calor, 6 edicin, Thomson, Madrid, 2002.
A. Bejan, Heat Transfer, 1st edition, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1993.