Tema 1. Intercambiadores de Calor

Tecnologa Energtica Curso 2004-05

1

TEMA 1. INTERCAMBIADORES DE

CALOR


2

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.


3

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.


4

Clasificacin (II) Segn la forma de trabajo:

De llama directa: un nico fluido en contacto con llama a travs de una superficie.


5

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.


6

Regeneradores (II) Regenerador de matriz fija:


7

Regeneradores (III) Regenerador de

matriz fija doble (de lecho compacto): Doble para

trabajar en continuo.


8

Regeneradores (IV) Regenerador de matriz rotativa:


9

Regeneradores (V) Regenerador de matriz rotativa:


10

Mezcladores (I) Transferencia de calor y masa (evaporacin

de agua). Torres de refrigeracin o enfriamiento. Enfriador evaporativo.


11

Mezcladores (II) Torres de refrigeracin o enfriamiento:


12

Mezcladores (III) Esquema de una

torre de refrigeracin o enfriamiento:


13

Mezcladores (IV) Esquema de un enfriador evaporativo:


14

Intercambiador de llama directa Esquema de

una caldera industrial:


15

Recuperadores (I) Clasificacin segn direccin del flujo y tipo

de construccin: Intercambiadores de tubos concentricos o

doble tubo: En flujo paralelo. En contraflujo.


16

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).


17

Recuperadores (III) Clasificacin segn direccin del flujo y tipo

de construccin: Intercambiadores de carcasa y tubos:


18

Recuperadores (IV) Intercambiadores de carcasa y tubos:


19

Recuperadores (V) Intercambiador

de carcasa y tubos: Componentes.


20

Recuperadores (VI) Intercambiadores de carcasa y tubos:

Se subdividen segn el nmero de pasos de cada fluido por los tubos y por la carcasa.


21

Recuperadores (VII) Intercambiadores de

carcasa y tubos: Con deflectores en el

lado de la carcasa para aumentar la turbulencia y crear flujo cruzado.


22

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.


23

Recuperadores (IX) Intercambiadores de calor

compactos:


24

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


25

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


26

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


27

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.

Tema 1. Intercambiadores de Calor

Documents

Transcript of Tema 1. Intercambiadores de Calor