Intercambiadores - Universidad Interamericana de Puerto Rico

Dr. Rafael Salgado Mangual, PE.
Ingeniería Mecánica
Universidad Interamericana de Puerto Rico
Recinto de Bayamón
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Hay varias configuraciones típicas en intercambiadores de calor.
Estas son flujo paralelo, flujo contracorriente y flujo cruzado.
En flujo paralelo, ambos fluidos (caliente y frio)
circulan en la misma dirección y plano.
En flujo contracorriente, los fluidos circulan en
dirección contraria, aunque en el mismo plano.
En flujo cruzado, los fluidos circulan en planos
opuestos.
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Distribución de temperaturas en intercambiadores doble tubo
(intercambiador mas simple).
Donde los subíndices h y
c corresponden a hot y
cold respectivamente
Donde los subíndices i yo
corresponden a inlet y
outlet respectivamente
Un
intercambiador
operando
en
flujo
contracorriente siempre obtendrá mejores
resultados térmicos que uno en paralelo.
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En intercambiadores encontramos dos parámetros importantes que
describen el funcionamiento de este. La eficiencia del
intercambiador y la efectividad del intercambiador.
Eficiencia
 = Qfrio/Qcaliente
Si la eficiencia del intercambiador es 100% significa que el
intercambiador es adiabático. Si hay perdidas de calor hacia el
ambiente en el intercambiador, Qfrio tiene que ser menor que Qcaliente
por lo tanto la eficiencia es menor a la unidad. Siempre el calor
intercambiado sera el del fluido frio Qfrio = Qhx
 = Qfrio/Qmax
Donde Qmax = Cmin * Tmax Cmin
Efectividad
Cmin = min(mCp,hot , mCp,cold)
Tmax = Th,i - Tc,i
Mientras mayor sea la efectividad del intercambiador, mejor el
comportamiento térmico del intercambiador.
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Hay dos métodos de análisis para intercambiadores de calor.
Método de la temperatura media logarítmica. Este método es de fácil
aplicación, aunque es necesario conocer las cuatro temperaturas en
el intercambiador.
Método NTU- (Number of transfer units – efectiveness). Este
método permite analizar cualquier intercambiador con solo conocer
las dos temperaturas de entrada. Es un poco mas complejo que el
método de temperatura media logarítmica.
Ambos métodos, si se llevan a cabo correctamente deben proveer
los mismos resultados.
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El calor se puede expresar de una forma mas compacta de la forma
Q = UATlm
Donde UA es la conductancia del intercambiador y se determina como
el reciproco de las resistencias térmicas actuando en el
intercambiador.
UA = 1/Rth
Y
Tlm = (T1 - T2)/ln(T1 / T2)
T1 = Th,i - Tc,i
T2 = Th,o - Tc,o
flujo paralelo
T1 = Th,i - Tc,o
T2 = Th,o - Tc,i
flujo contracorriente
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Cuando
tenemos
intercambiadores
en
flujo
cruzado
e
intercambiadores tubo carcasa de dos o mas pases de tubo el Tlm se
define como el de contracorriente pero lo corregimos con un factor de
corrección F
Q = UATlm F
F se determina gráficamente
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El método se basa en la definición del NTU
NTU = UA/Cmin
 = Qhx/Qmax
Existen correlaciones para NTU en función de  y viceversa.
Una vez determinada la efectividad del
intercambiador podemos hallar el calor
actual intercambiado, al igual que las
temperaturas de salida del fluido.
De igual forma si determinamos el NTU
conociendo la efectividad del
intercambiador entonces podremos
hallar el área de intercambio necesaria.
Qhx =  Qmax