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Un resumen de un trabajo académico sobre la estimación de los coeficientes locales y globales de transferencia de calor en un intercambiador de doble tubo. Se explora la importancia de la eficiencia térmica y energética en los intercambiadores de calor, así como la determinación del perfil de temperatura y los gradientes de temperatura. Se describe el funcionamiento de los intercambiadores de calor de tubo y coraza, incluyendo el balance de energía diferencial y el coeficiente de transferencia de calor por convección. Se mencionan los factores de ensuciamiento y se explica el concepto de flujo contracorriente.
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
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Introducción Los intercambiadores de calor están presentes en la mayoría de los sistemas térmicos complejos y constituyen el dispositivo más usado para la transferencia de calor sin combustión en los procesos industriales. Se emplean en las plantas de procesamiento químico, de generación de vapor, calefacción y acondicionamiento de aire, preparación de alimentos, refrigeración, entre otras aplicaciones. El monitoreo de sus parámetros óptimos de operación asegura la economía del proceso Existen diversos criterios para evaluar el funcionamiento de los intercambiadores de calor. De ellos, el comportamiento del coeficiente global de transferencia de calor en el transcurso del tiempo se considera un parámetro fiable para determinar con qué rapidez se deterioran las condiciones que favorecen el intercambio térmico [^4 -^5 ]. Además, su cálculo previo es necesario para determinar el factor de incrustaciones e impacto de las deposiciones en la pérdida de eficiencia de la instalación [^6 -^7 ]. Para la determinación de los coeficientes globales de transferencia de calor a partir de datos experimentales comúnmente se emplea el método de la Diferencia de Temperatura Media Logarítmica (DTML) [^2 -^8 ]. El cálculo es sencillo, aunque para intercambiadores de calor multipaso (contracorriente-paralelo) se debe considerar el factor de corrección de la DTML, lo cual conlleva a una expresión extensa que involucra varios parámetros. El coeficiente total de transferencia de calor está influenciado por el espesor y la conductividad térmica de los materiales a través de los cuales se transfiere el calor. Cuanto más grande el coeficiente, más fácil se transfiere el calor desde su fuente hacia el producto que está siendo calentado. En un intercambiador de calor, la relación entre el coeficiente total de transferencia de calor (U) y la tasa de transferencia de calor (Q) puede ser demostrada mediante la siguiente ecuación: Q = tasa de transferencia de calor, W = J/s [btu/hr] A = área de la superficie de transferencia de calor, m^2 [ft^2 ] U = coeficiente total de transferencia de calor, W/(m^2 °C) [Btu/(hr-ft^2 °F)] ΔTLM = diferencia de temperatura media logarítmica, °C [°F] U [W/(m^2 ·K)] es el coeficiente global de transferencia de calor
Predicción de rendimiento: La capacidad de predecir el rendimiento del intercambiador de calor bajo diversas condiciones operativas es fundamental para su aplicación práctica. Los coeficientes de transferencia de calor son utilizados en modelos predictivos para estimar el rendimiento del intercambiador en situaciones reales, lo que permite tomar decisiones informadas sobre su utilización y mantenimiento. Palabras clave
Los intercambiadores de tipo haz y coraza se usan para los servicios en los que se requieren grandes superficies de intercambio, generalmente asociadas a caudales mucho mayores de los que puede manejar un intercambiador de doble tubo. Tubo de acero inoxidable Balance de energía diferencial El intercambio térmico, a diferencia de la temperatura, es una cantidad vectorial; por consiguiente, se debe especifica tanto la dirección como el sentido y la magnitud, a fin de describir por completo el transporte de energía térmica en un punto. ∆ V = ∆ x ∆ y ∆ z Eentra − Esale = EAcum − Egenera
A= Area Ts= Temperatura de la superficie T= Temperatura del fluido Diámetro medio logarítmico Coeficiente global de transferencia de calor El coeficiente global de transferencia de calor se obtiene por la siguiente expresión: El valor del coeficiente global (U) depende de los coeficientes de transferencia de calor por convección de los fluidos frío y caliente (hl, ha) y está fuertemente influenciado por la forma de las corrugaciones de las placas, los parámetros de trabajo y las propiedades de los fluidos. Investigaciones anteriores [13, 14] han reportado el procedimiento para la obtención de los coeficientes con fluidos de características diferentes, se plantea la necesidad de obtener los mismos de forma experimental cuando no existe referencia en la literatura, debido a los errores que se cometen en la selección de los equipos de intercambio térmico. Factores de ensuciamiento El factor de ensuciamiento representa la resistencia teórica al flujo de calor debido a la acumulación de una capa de suciedad u otra sustancia o cualquier otra sustancia en uno o los dos lados de las superficies del tubo, pero a menudo se ‘engordan’ por el usuario final en un intento de minimizar la frecuencia de las paradas para limpieza del intercambiador. En realidad, esta práctica puede, si no se seleccionan correctamente, conducir a una mayor frecuencia de las paradas para limpieza.
Grafica para flujo paralelo
