Convección de flujo cruzado

Tema:

Convección de flujo cruzado

OBJETIVO:

Realizar un análisis teórico práctico de un sistema de flujo cruzado, detallando las ventajas y desventajas que este nos ofrece, además de estudiar las diferentes características y condiciones de servicio del equipo.

MARCO TEÓRICO:

Flujo cruzado

En la figura se muestra como en el intercambiador de calor de flujo cruzado uno de los fluidos fluye de manera perpendicular al otro fluido, esto es, uno de los fluidos pasa a través de tubos mientras que el otro pasa alrededor de dichos tubos formando un ángulo de 90 Los intercambiadores de flujo cruzado son comúnmente usado donde uno de los fluidos presenta cambio de fase y por tanto se tiene un fluido pasado por el intercambiador en dos faces bifásico. Un ejemplo típico de este tipo de intercambiador es en los sistemas de condensación de vapor, donde el vapor exhausto que sale de una turbina entra como flujo externo a la carcaza del condensador y el agua fría que fluye por los tubos absorbe el calor del vapor y éste se condensa y forma agua líquida. Se pueden condensar grandes volúmenes de vapor de agua al utiliza este tipo de intercambiador de calor.

Intercambiador de calor de flujo cruzado.

En la actualidad, la mayoría de los intercambiadores de calor no son puramente de flujo paralelo, contraflujo, o flujo cruzado; estos son comúnmente una combinación de los dos o tres tipos de intercambiador. Desde luego, un intercambiador de calor real que incluye dos, o los tres tipos de intercambio descritos anteriormente, resulta muy complicado de analizar. La razón de incluir la combinación de varios tipos en uno solo, es maximizar la eficacia del intercambiador dentro de las restricciones propias del diseño, que son: tamaño, costo, peso, eficacia requerida, tipo de fluidos, temperaturas y presiones de operación, que permiten establecer la complejidad del intercambiador.

Intercambiadores de un solo paso (o paso simple) y de múltiple pasos.

Un método que combina las características de dos o más intercambiadores y permite mejorar el desempeño 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 más de una vez, se denomina intercambiador de múltiple pasos. Sí el fluido sólo intercambia calor en una sola vez, se denomina intercambiador de calor de paso simple o de un solo paso. En la siguiente f se muestra un ejemplo de estos intercambiadores. Comúnmente el intercambiador de múltiples 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 área de transferencia del intercambiador. Un segundo método para llevar a cabo múltiples pasos es insertar bafles o platos dentro del intercambiador.

Intercambiador de un solo paso e intercambiador de multiple paso.

Flujo alrededor de un cilindro

Consideraciones de flujo

Flujo a través de un banco de tubos

La transferencia de calor hacia o desde un banco (o haz) de tubos en flujo cruzado es relevante para numerosas aplicaciones industriales, como la generación de vapor en una caldera o el enfriamiento en el serpentín de un acondicionador de aire. El arreglo geométrico se muestra de forma esquemática en la siguiente figura. Normalmente, un fluido se mueve sobre los tubos, mientras que un segundo fluido a una temperatura diferente corre por los tubos.

Las filas de tubos de un banco están escalonadas o alineadas en la dirección de la velocidad del fluido V (. La configuración se caracteriza por el diámetro del tubo D y por la separación transversal ST y la separación longitudinal SL medidas entre los centros de los tubos. Las condiciones del flujo dentro del banco están dominadas por los efectos de separación de la capa límite y por las interacciones de estelas, que a su vez influyen en la transferencia de calor por convección.

Datos a considerar del equipo:

Motor eléctrico 1[hp]

Diámetro de las barras: 12.5 [mm]

Longitud de la caja: 125

Ancho de la caja: 125 [mm]

4. EQUIPO UTILIZADO

Equipo de Intercambiador de Flujo cruzado

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