FACULTAD DE MECNICA ESCUELA ING. INDUSTRIALTERMODINMICA APLICADA TEMA: INTERCAMBIADORES DE CALOR INTEGRANTES: JAVIER TIXI FRANKLIN TIXILEMA RUBN TOASA Fecha: 2012-05-20 RIOBAMBA - ECUADOR

INTERCAMBIADORES DE CALOR OBJETIVO El objetivo de este trabajo es presentar los intercambiadores de calor como dispositivos que permiten remover calor de un punto a otro de manera especfica en una determinada aplicacin. INTRODUCCIN En los sistemas mecnicos, qumicos, nucleares y otros, ocurre que el calor debe ser transferido de un lugar a otro, o bien, de un fluido a otro Antes de conocer qu es un intercambiador de calor necesitamos conocer sobre la transferencia de calor La transferencia de calor: en fsica, es el proceso por el que se intercambia energa en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que estn a distinta temperatura. El calor se transfiere mediante conveccin, radiacin o conduccin. Aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos. Por ejemplo, el calor se transmite a travs de la pared de una casa fundamentalmente por conduccin, el agua de una cacerola situada sobre un quemador de gas se calienta en gran medida por conveccin, y la Tierra recibe calor del Sol casi exclusivamente por radiacin.

El calor puede transferirse de tres formas: por conduccin, por conveccin y por radiacin. La conduccin es la transferencia de calor a travs de un objeto slido: es lo que hace que el asa de un atizador se caliente aunque slo la punta est en el fuego. La conveccin transfiere calor por el intercambio de molculas fras y calientes: es la causa de que el agua de una tetera se caliente uniformemente aunque slo su parte inferior est en contacto con la llama. La radiacin es la transferencia de calor por radiacin electromagntica (generalmente infrarroja): es el principal mecanismo por el que un fuego calienta la habitacin. Definiciones de intercambiadores de calor Los intercambiadores de calor son los dispositivos que permiten que el calor sea transferido de un lugar a otro, o bien, de un fluido a otro. Se puede definir tambin como un equipo utilizado para enfriar un fluido que est ms caliente de lo deseado, transfiriendo esta calor a otro fluido que est fro y necesita ser calentado . Es un modo muy elemental como un equipo en el que dos corrientes a distintas temperaturas fluyen sin mezclarse con el objeto de enfriar uno de ellas o calentar la otra o ambas cosas a la vez Las aplicaciones de los intercambiadores de calor son muy variadas y reciben diferentes nombres: Intercambiador de Calor: Realiza la funcin doble de calentar y enfriar dos fluidos. Condensador: Condensa un vapor o mezcla de vapores. Enfriador: Enfra un fluido por medio de agua. Calentador: Aplica calor sensible a un fluido. Rehervidor: Conectado a la base de una torre fraccionadora proporciona el calor de reebulicin que se necesita para la destilacin. (Los hay de termosifn, de circulacin forzada, de caldera.) Vaporizador: Un calentador que vaporiza parte del lquido La transferencia de calor se realiza a travs de una pared metlica o de un tubo que separa ambos fluidos.

Ejemplo: Un intercambiador tpico es el radiador del motor de un automvil, en el que el fluido refrigerante, calentado por la accin del motor, se refrigera por la corriente de aire que fluye sobre l y, a su vez, reduce la temperatura del motor volviendo a circular en el interior del mismo.

Se presentan los tipos de intercambiadores de calor en funcin del flujo: flujo paralelo; contraflujo; flujo cruzado. Adems se analizan los tipos de intercambiadores de calor con base en su construccin: tubo y carcaza; placas, y se comparan estos. Se presentan tambin los intercambiadores de paso simple, de mltiples pasos, intercambiador de calor regenerador e intercambiador de calor No regenerativo. Al final se incluyen algunas de las posibles aplicaciones de los intercambiadores de calor. Como hemos mencionado, un intercambiador de calor es un componente que permite la transferencia de calor de un fluido (lquido o gas) a otro fluido.

Entre las principales razones por las que se utilizan los intercambiadores de calor se encuentran las siguientes: Calentar un fluido fro mediante un fluido con mayor temperatura. Reducir la temperatura de un fluido mediante un fluido con menor temperatura. Llevar al punto de ebullicin a un fluido mediante un fluido con mayor temperatura. Condensar un fluido en estado gaseoso por medio de un fluido fro. Existen muchas clasificaciones de los intercambiadores de calor y a continuacin les presentamos algunos de estas clasificaciones Intercambiadores de calor segn su operacin Ya que los intercambiadores de calor se presentan en muchas formas, tamaos, materiales de manufactura y modelos, estos son categorizados de acuerdo con caractersticas comunes. Una de las caractersticas comunes que se puede emplear es la direccin relativa que existe entre los dos flujos de fluido. Las tres categoras son: Flujo paralelo Contraflujo y Flujo cruzado En la mayora de esta clasificacin de intercambiador de calor se los puede encontrar de: DOBLE TUVO que estn constituidos por dos tubos concntricos de dimetros diferentes. Uno de los fluidos fluye por el tubo de menor dimetro y el otro fluido fluye por el espacio anular entre los dos tubos. En este tipo de intercambiador son posibles dos configuraciones en cuanto a la direccin del flujo de los fluidos: contraflujo y flujo paralelo. En la configuracin en flujo paralelo los dos fluidos entran por el mismo extremo y fluyen en el mismo sentido. En la configuracin en contraflujo los fluidos entran por los extremos opuestos y fluyen en sentidos opuestos. En un intercambiador de calor en flujo paralelo la temperatura de salida del fluido frio nunca puede ser superior a la temperatura de salida del fluido caliente. En un intercambiador de calor en contraflujo la temperatura de salida del fluido frio puede ser superior a la temperatura de salida del fluido caliente. El caso lmite se tiene cuando la temperatura de salida del fluido frio es igual a la temperatura de entrada del

fluido caliente. La temperatura de salida del fluido frio nunca puede ser superior a la temperatura de entrada del fluido caliente.

COMPACTOS.- Son intercambiadores diseados para lograr un gran rea superficial de transferencia de calor por unidad de volumen. La razn entre el rea superficial de transferencia de calor y su volumen es la densidad de rea b. Un intercambiador con b > 700 m2/m3 se clasifica como compacto. Ejemplos de intercambiadores de calor compactos son los radiadores de automviles, los intercambiadores de calor de cermica de vidrio de las turbinas de gas, el regenerador del motor Stirling y el pulmn humano. En los intercambiadores compactos los dos fluidos suelen moverse en direcciones ortogonales entre s. Esta configuracin de flujo recibe el nombre de flujo cruzado. El flujo cruzado se clasifica a su vez en mezclado (uno de los fluidos fluye libremente en direccin ortogonal al otro sin restricciones ) y no mezclado ( se disponen una placas para guiar el flujo de uno de los fluidos ).

En la figura siguiente se muestran esquemas de ambos tipos de flujo:

CASCO Y TUBOS. Es el tipo ms comn de intercambiador de calor en las aplicaciones industriales. Este tipo de intercambiadores estn compuestos por gran cantidad de tubos ( a veces varios cientos ) contenidos en un casco. Los tubos se disponen con sus ejes paralelos al eje del casco. La transferencia de calor tiene lugar a medida que uno de los fluidos se mueve por el interior de los tubos mientras que el otro se mueve por fuera de stos, por el casco. Este tipo de intercambiadores se clasifican por el nmero de pasos por el casco y por el nmero de pasos por los tubos. En la figura siguiente se muestran dos ejemplos:

Un mtodo que combina las caractersticas de dos o ms intercambiadores y permite mejorar el desempeo de un intercambiador de calor es tener que pasar los dos fluidos varias veces dentro de un intercambiador de paso simple. Cuando los fluidos del intercambiador intercambian calor ms de una vez, se denomina intercambiador de mltiple pasos. S el fluido slo intercambia calor en una sola vez, se denomina intercambiador de calor de paso simple o de un solo paso. En la figura (6) se muestra un ejemplo de estos intercambiadores. Comnmente el intercambiador de mltiples pasos invierte el sentido del flujo en los tubos al utilizar dobleces en forma de "U" en los extremos, es decir, el doblez en forma de "U" permite al fluido fluir de regreso e incrementar el rea de transferencia del intercambiador.

PASO SIMPLE

PASO MLTIPLE

Intercambiadores Regenerativos y No-regenerativos Los intercambiadores de calor tambin pueden ser clasificados por su funcin en un sistema particular. Un intercambiador regenerativo es aquel donde se utiliza el mismo fluido (el fluido caliente y el fluido fro es el mismo) como se muestra en la siguiente figura. Esto es, el fluido caliente abandona el sistema cediendo su calor a un regenerador y posteriormente regresando al sistema. Los intercambiadores regenerativos son comnmente utilizados en

sistemas con temperaturas altas donde una porcin del fluido del sistema se remueve del proceso principal y ste es posteriormente integrado al sistema. Ya que el fluido que es removido del proceso principal contiene energa (energa interna, mal llamado calor), el calor del fluido que abandona el sistema se usa para recalentar (regenerar) el fluido de regreso en lugar de expeler calor hacia un medio externo ms fro lo que mejora la eficacia del intercambiador. Es importante recordar que el trmino "regerativo/no-regenerativo" slo se refiere a "cmo" funciona el intercambiador de calor en un sistema y no indica el tipo de intercambiador (carcaza y tubo, plato, flujo paralelo, contraflujo). En un intercambiador regenerativo, como se muestra en la figura, el fluido con mayor temperatura en enfriado por un fluido de un sistema separado y la energa (calor) removida y no es regresaba al sistema.

Intercambiadores de contacto directo: son aquellos dispositivos en los que los fluidos sufren una mezcla fsica completa.