INTERCAMBIADORES DE CALOR

INTERCAMBIADORES DE CALOREduardo Ivan Castro Castro Ecuaciones bsicas

Balance de energa para el fluido caliente sin cambio de faseCondensacion isotrmica del fluido caliente

Balance de energa para el fluido fro sin cambio de faseEvaporacion isotrmica del fluido caliente

Relaciones de transferencia de calor bsicas

Intercambiadores de tubo y carcasaPara los intercambiadores de tubo, el rea de transferencia de calor generalmente es referida al rea externa descubierta de los tubos, y el coeficiente global de transferencia debe estar referido a esta rea.

Para un intercambiador en contra corriente la temperatura de diferencia local no tiene un valor constante a lo largo del intercambiador, y por eso debe usarse un valor promedio efectivo en la ecuacin de velocidad de flujo de calor. El promedio apropiado depende de la configuracin del intercambiador.Para intercambiadores simples en contracorriente y en cocorriente la media logaritnmica de temperaturas aplica.

Media logartmica de diferencia de temperaturas LMTD

Media logartmica de diferencia de temperaturas corregida CMTDPara intercambiadores con configuracin en cocorriente y parcialmente cocorriente se aplica un factor de correccin., CMTD=factor * LMTD CMTD media logartmica de diferencia de temperaturas corregida.Si el valor obtenido es menor a 0,8 se considera a la configuracin del intercambiador como no adecuada, y se debe buscar una que se aproxime ms al flujo en contracorriente.

Intercambio de calor con comportamiento no linealLa CMTD, implcitamente asume una relacin lineal entre la corriente de calor(duty) y el cambio de temperatura de la corriente.Existen algunas situaciones en las que esta asuncin no es aplicable.Corrientes de proceso que se someten a grandes cambios de temperatura.Condensacion o evaporacin multicomponente con curvas de calor(duty) vs temperatura no linealesIntercambiadores en los cuales las corrientes estn sometidas a cambios de fase y enfriamiento o calentamiento sensible,ambos.Estas situaciones pueden ser manejadas dividiendo el intercambiador en zonas que deben ser tratadas individualmente con la asuncin lineal(CMDT). La performance global del intercambiador est representada en trminos del:La Performance Promedio Ponderada(Weighted average performance) de las zonas en la ecuacin global de transferencia.Las siguientes ecuaciones pueden ser tomadas como las ecuaciones de transferencia para el intercambiador global y para la n^th zona el intercambiador.

Uwtd=coeficiente global de transferencia ponderadoAtotal= Area totalWTD= media logartmica de diferencia de temperaturas ponderadaIntercambio de calor con comportamiento no lineal

Como se aprecia es un promedio ponderado a lo largo del intercambiadorEl coeficiente global de transferecia de calor seria:

Intercambio de calor con comportamiento no linealSustancias multicomponentes (gas natural)En las sustancias multicomponentes, regmenes de flujo bifsico(vapor-liquido) sometidos a transferencia en calor, los cambios de composicin en el liquido y vapor estn relacionados al grado de contacto continuo de las dos fases.Si la fase vapor se mantiene en contacto con el liquido, el cambio total de entalpia(u otras propiedades) que acompaa el cambio de composicin se denomina integral.Si el vapor es continuamente removido del contacto con el liquido a medida que se forma, los cambios de las propiedades se denominan diferenciales.Una representacin precisa de la diferencia de temperaturas y transferencia de calor en estos casos depende de la correcta consideracin de la separacin de fases que ocurre en el equipo de transferencia de calor.

Coeficiente global de transferencia basado en el rea externa

Rw= resistencia del metal para tubos lisosRfo y Rfi=resistencias adicionales externa e interna(fouling resistance) , ueden formarse, susceptibilidad a la descomposicin respectivamente. Depende del tipo de fluido que se est manejando, las incrustaciones y deposiciones que prmica y velocidad y tempertaura de las corientes. Son seleccioandas en base a la experiencia con corrientes similares. Ver fig. y TEMA Standards. Ho y hi coeficientes de pelcula, esta dada por las geometras comunes mas simples, como funciones del la velocidad de flujo y las propiedades del fluido. Puede ser encontrado en la bilbiografia de transferencia de calor. Tambien se dan valores tpicos.No olvidis que : hi= 1/ri, ho=1/ro y U=1/sumatoria(r)

Tabla de conductividades de materiales y tabla de coeficientes globales de transferencia y otras resistenciasEvaluacin de performance con transferencia de calor sensibleLas siguientes ecuaciones y tablas son para ver el performance de un intercambiador de calor, sin cambio de fase.

Sirven para :Predecir el performance de un intercambiador de calor en un nuevo servicio.O comparar diferentes diseos para un servicio dado.

Para esto es muy til conocer los efectos de los cambios en las variables sobre la resistencia de pelcula a