Intercambiadores de calor

Intercambiadores de calor
Variación del gradiente de temperatura y media
logarítmica de la diferencia de temperatura
q = Ui Ai(Ti - To) = Uo Ao(Ti - To) =UA(ΔT)
q = UATm
dq = -m´cp´dT´= mcpdT
𝑑𝑞 = 𝑈 𝑇´ − 𝑇 𝑑𝐴
1
1
𝑑𝑇´ − 𝑑𝑇 = 𝑑 𝑇´ − 𝑇 = −𝑑𝑞
+
𝑚´𝑐𝑝´ 𝑚𝑐𝑝
• Sustituyendo:
𝑑 𝑇´ − 𝑇
1
1
= −𝑈
+
𝑑𝐴
𝑇´ − 𝑇
𝑚´𝑐𝑝´ 𝑚𝑐𝑝
𝑙𝑛
𝑇´2 −𝑇2
𝑇´1 −𝑇1
= −𝑈𝐴
1
1
+
𝑚´𝑐𝑝´
𝑚𝑐𝑝
• Después de un balance de calor
q = m´cp´(T´1 -T´2) = mcp (T2 – T1)
• donde
𝑈𝐴 𝑇´2 − 𝑇2 − 𝑇´1 − 𝑇1
𝑞=
𝑙𝑛 𝑇´2 − 𝑇2 − 𝑇´1 − 𝑇1
q = UA ΔTlm
Δ𝑇𝑙𝑚
Δ𝑇2 − Δ𝑇1
=
𝑙𝑛 Δ𝑇2 Δ𝑇1
Clasificación
• Intercambiadores tubulares:
– Intercambiador de doble tubo
– Intercambiador de casco y tubo
– Intercambiadores misceláneos:
• Serpentín
• Línea de traceo
• Intercambiador de calor de tubo transmisor
• Intercambiadores tubulares
– Intercambiador de placas paralelas
– Intercambiador de espiral
– Intercambiador de aire
Intercambiador de calor de
tubos concéntricos con 3 horquillas
Intercambiador de
calor tipo horquilla
• Ejemplo 1. Un aceite de hidrocarburos pesados
con una cpm = 2.30 kJ/kg . K se está enfriando en
un intercambiador desde 371.9 K hasta 349.7 K, y
fluye por el interior de una tubería a una
velocidad de 3630 kg/h. El enfriamiento consiste
en un flujo de 1 450 kg de agua/h que está a
288.6 K y fluye por el exterior.
• a) Calcule la temperatura de salida del agua y el
área de transferencia de calor cuando Ui total es
340 W/m2 * K y los flujos están a contracorriente.
• b) Repita para flujo paralelo.
• Suponga que cpm = 4.187 kJ/kg . K o para el agua.
En la entrada de agua, T2 = 288.6 K y en la salida,
la temperatura es T1, para la entrada de aceite,
T1’ = 371.9 y para la salida T´2 = 349.7 K.
Calculando la pérdida de calor del aceite.
𝑘𝑔
𝑘𝐽
𝑞 = 3630
2.30
371.9 − 349.7 𝐾
ℎ
𝑘𝑔. 𝐾
𝑞 = 185 400 𝑘𝐽/h o 51 490 W (175 700 btu/h)
• Efectuando un balance de calor
𝑘𝐽
𝑞 = 185 400 = 1 450 𝑘𝑔/ℎ
ℎ
• Despejando: T1= 319.1 K
Δ𝑇𝑙𝑚 =
• Por lo que
• despejando:
Δ𝑇2 −Δ𝑇1
𝑙𝑛 Δ𝑇2 Δ𝑇1
=
𝑘𝐽
4.187
𝑘𝑔. 𝐾
61.1−52.8
𝑙𝑛 61.1 52.8
q = UiAiΔTlm
51 490 = 340 (Ai) (56.9)
Ai = 2.66 m2
Ai = 2.87 m2
𝑇1 − 288.6 𝐾
= 56.9𝐾
• Ejemplo 1. se utiliza agua residual (cp = 4290
J/kg.K) que está a 15 °C con el mismo flujo
másico. Se aplicará un intercambiador de calor
de doble tubo a contracorriente. El área es
1.65 m2, el coeficiente de transferencia de
calor total es 625 W/m2.°C. El flujo de calor es
35 kW. Halle las temperaturas de salida y el
flujo másico en kg/s.