transferencia de calor
TRANSCRIPT
Transferencia de Calor
Realizado por:Br. Anthony
MárquezC.I: 19.409.359
TRANSFERENCIA DE CALOR
El calor es la energía en transito desde un sistema con alta temperatura a otro con baja temperatura.
Fluye desde la región con temperatura mas alta hasta la región con temperaturas mas bajas.
Se asocia con la energía interna cinética y potencial de un sistema.
La transferencia o dispersión de calor puede ocurrir a través de tres mecanismos posibles.
CONDUCCIÓN CONVECCIÓN RADIACIÓN
Flujo de calor a través de medios solidos por la vibración interna de las moléculas y de los electrones libres y por choques entre ellas.
Flujo de calor mediante corrientes dentro de un fluido (liquido o gas). Es el desplazamiento de masa de algún liquido o gas.
Es la transferencia de calor por medio de ondas electromagnéticas.
TIPOS DE UNIDADES DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Para medir la transferencia de calor en el Sistema Internacional
de Unidades
se emplea
Joule ( J )
Otra unidad ampliamente
utilizada La caloría (cal), que es la cantidad de energía que hay que suministrar a un
gramo de agua para elevar su temperatura 1 °C.
En el Sistema Ingles
se emplea
Unidad Térmica Británica (BTU)
Es muy usada en Estados Unidos y en otros países.
Esta unidad se define como la cantidad de calor que se debe agregar a una libra de agua para aumentar su temperatura en un Grado Fahrenheit, y equivale a 252 calorías
Es un proceso que engloba
Conocimiento de las necesidades energéticas de una planta Fluidos involucrados Restricciones en los deltas de
temperatura permitidos a los fluidos
Materiales adecuados para construir el equipo
Pasos en un diseño
Cuantificar la cantidad de calor involucrada (balance de energía) Especificar su geometría
Realizar la estimación de los coeficientes de película
Verificar su desempeño térmico
Calcular la caída de presión que tendrán los fluidos.
Seleccionar el fluido para cumplir la especificación energética requerida y la cantidad del mismo que permita
satisfacer el balance
Consideraciones mecánicas pertinentes y un análisis económico detallado de
cada una de las alternativas existentes
Modelo(s) termodinámico(s) que describe(n) correctamente las propiedades en los intervalos de presión y temperatura
DIMENSIONADO DE INTERCAMBIADORES
Es un set de dos tubos concéntricos en los cuales se hace circular los fluidos entre los cuales se desea
realizar la transferencia de calor, con los accesorios adecuados a fin de dirigir el flujo de una sección a la
siguienteAlgoritmo de Cálculo
Escoger qué fluido va por el tubo y cuál por el anulo
El fluido más corrosivo debe ir por el lado tubo
El fluido de mayor presión debe ir por el lado tubo
El fluido más viscoso debe ir por el lado de menor área
Calcular el número de Reynolds (oscila entre 10.000 y 100.000) y el Prandtl, y con éstos calcular los coeficientes de película
Determinar el coeficiente limpio y el sucio y el área de intercambio de
calor de la ecuación de transferencia
Determinar el número de horquillas del intercambiador
Elegir la configuración geométrica más adecuada, es decir, el diámetro nominal
de las tuberías involucradas y su longitud
Leer de las tablas los diámetros interno y externo a fin de calcular las áreas de flujo,
el diámetro equivalente y el hidráulico.
Calcular el flujo por unidad de área, tanto para el ánulo como el lado de los tubos, (el valor oscila entre 700.000 y 1.200.000lb/hpie2 ).
El fluido de mayor masa debe ir por el lado que garantice una
mayor área de flujo
INTERCAMBIADORES DE DOBLE TUBO
Dispositivos de transferencia de calor conformado por un tubo de gran tamaño llamado coraza que
contiene un haz de tubos pequeños
Algoritmo de Cálculo
Se debe contar con las propiedades físicas de los fluidos involucrados evaluadas a la temperatura calórica
o a la temperatura promedio según sea el caso
Se debe decidir qué fluido va por la coraza y cuál por los tubos ( los fluidos ensuciantes, corrosivos o de alta presión por los tubos y fluidos con bajo
coeficiente de película por la coraza.
La determinación de la diferencia efectiva de temperatura pasa por la selección de la configuración general del intercambiador
debido a que el hecho de haber varios pasos por la coraza y los tubos hacen que el MLDT ya no sea representativo pues no existe en toda la extensión del intercambiador un sistema a
contracorriente verdadera. Se utiliza un factor de corrección FT
Una vez elegido de la tabla coeficiente sucio, se calcula el área de intercambio de calor de la ecuación de transferencia
Determinar el número de tubos y se elige el diámetro interno de la coraza a utilizar, preseleccionando un
arreglo geométrico para el lado tubo
Se calcula el área transversal de flujo “at”, el flujo por unidad de área “Gt” y los parámetros adimensionales del Reynolds y Prandlt a fin de calcular el coeficiente
de película según la correlación conveniente.
Cálculos en el lado Tubo: Cálculos en el lado Coraza:
El área transversal de flujo de la coraza es difícil de estimar, pues la trayectoria de flujo es complicada y por tanto se define un valor
arbitrario de flujo por unidad de área basada en “la hilera hipotética de tubos que poseen la máxima área de flujo y que
corresponde al centro de la coraza considerando que para cada tubo o fracción de tubos hay C pulgadas2 de área transversal de
flujo por pulgada de espacio de deflector”.
INTERCAMBIADORES DE CORAZA Y TUBO
DISEÑO DE UNIDADES DE TANSFERENCA DE CALOR
Las cantidades fiscas de la transferencia de calor se especifican
en términos de dimensiones
Se miden en términos de unidades
Requieren 4 dimensiones básicas para el desarrollo de la transferencia de calor
Longitud (L) Masa (M), tiempo (t), y temperatura (T)
Todas las otras cantidades físicas de interés se relación con estas 4 básicas.
Hay otras unidades que se pueden requerir y que infieren de este grupo y
que se relacionan con la masa.
Como alternativa se fijan dimensiones básicas de masa y
fuerza.
Las dimensiones de Fuerza son(F) = (M) . (L)/(t)
Las unidades de trabajo y energía son equivalentes, normalmente se
usa como unidad de energía térmica el BTU.
La unidades del sistema internacional (SI) comprenden una
forma coherente del sistema métrico
Todas las unidades restantes se derivan de las unidades bases con el uso de formulas que no incluyen
ningún factor numérico.