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Tecnología Energética Curso 2004-05

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TEMA 1. INTERCAMBIADORES DE

CALOR


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Índice• Clasificación.• Regeneradores.• Mezcladores o de contacto directo.• Intercambiadores de lecho compacto.• Intercambiadores de llama directa.• Clasificación de los recuperadores.• Factores de impureza.• Coeficientes de convección.• Coeficiente global de transferencia de calor.


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Clasificación (I)• Según la forma de trabajo:

– Recuperadores: los dos fluidos pasan simultáneamente 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 través de la que se intercambia el calor.

– De lecho compacto: es un regenerador con un medio poroso como matriz fija.


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Clasificación (II)• Según la forma de trabajo:

– De llama directa: un único fluido en contacto con llama a través 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 dirección ⊥ al flujo y baja en dirección

// al flujo.– difusividad térmica (α) alta.– coeficiente de dilatación térmica 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 (evaporación

de agua).• Torres de refrigeración o enfriamiento.• Enfriador evaporativo.


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Mezcladores (II)• Torres de refrigeración o enfriamiento:


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Mezcladores (III)• Esquema de una

torre de refrigeración 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)• Clasificación según dirección del flujo y tipo

de construcción:– Intercambiadores de tubos concentricos o

doble tubo:• En flujo paralelo.• En contraflujo.


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Recuperadores (II)• Clasificación según dirección del flujo y tipo

de construcción:– Intercambiadores de flujo cruzado:

• Tubulares con aletas (flujo no mezclado).• Tubulares sin aletas (flujo mezclado).


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Recuperadores (III)• Clasificación según dirección del flujo y tipo

de construcción:– 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 según el número 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)• Clasificación según dirección del flujo y tipo

de construcción:– Intercambiadores de calor compactos:

• Se busca área 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 pequeñas ⇒ flujo laminar.


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Recuperadores (IX)• Intercambiadores de calor

compactos:


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Factores de impureza

Fluido fR ′′

(m2·K/W) Agua de mar y agua tratada para

alimentación de una caldera (T < 50 ºC) 0,0001

Agua de mar y agua tratada para alimentación de una caldera (T > 50 ºC) 0,0002

Agua de río (T < 50 ºC) 0,0002 - 0,001

Aceite de motor 0,0009 Líquidos refrigerantes 0,0002

Vapor (no aceitoso) 0,0001


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Coeficientes de convección

Proceso Fluido h (W/m2·K) Convección libre Gases 2 - 25 Convección libre Líquidos 50 - 1.000

Convección forzada Gases 25 - 250 Convección forzada Líquidos 50 - 20.000

Convección con cambio de fase Ebullición 2.500 - 25.000

Convección con cambio de fase Condensación 5.000 - 100.000


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Coeficiente global de transferencia de calor

Combinación de fluidos U (W/m2·K)

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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Bibliografía• F. P. Incropera y D. P. De Witt, Fundamentos

de Transferencia de Calor, 4ª edición, Pearson Educación, México, 1999.

• F. Kreith y M. S. Bohn, Principios de Transferencia de Calor, 6ª edición, Thomson, Madrid, 2002.

• A. Bejan, Heat Transfer, 1st edition, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1993.

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