INTERCAMBIADOR DE CALOR

1.- Definicion de intercambiador de calor

Un intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para transferir calor entre dos medios, que estén separados por una barrera o que se encuentren en contacto.

Son parte esencial de los dispositivos de refrigeración, acondicionamiento de aire, producción de energía y procesamiento químico.

2.- ¿Como se expresa la intensidad del paso de calor a través de un elemento diferencial de superficie de un intercambiador de calor?

dq=U.Da.∆T

∫_0^Q▒〖dQ/(U.∆a)=∫_0^A▒〖dA=A〗〗 A=1/U ∫_0^Q▒〖dQ/∆T∴〗 d∆T/dQ=(∆T II-∆TI)/Q

A=1/U Q/(∆T II-∆TI) ∫_∆TI^(∆T II)▒〖d∆T/∆T=1/U〗 Q/(∆T II-∆TI) Ln〖∆T〗_∆T1^∆TII=Q/(U.〖∆T〗_ml )

3.- ¿Cual es la relación entre el coeficiente integral de transmisión de calor, el area de transferencia y la resistencia calorífica total?

La relación que hay entre ellos es que siguen el modelo de la ley de enfriamiento de Newton.

Donde: Q=U*A*(Ts-Ti)

Donde: U= Coeficiente global de transferencia de calor

U*A*=1/R

t entonces U=1/(A*Rt)

1/UA=1/(2πri L hi)+(ln⁡(r2/n))/(2π L K)+1/(2πr2 L ho)

4.- ¿Cómo se mide el Área de transferencia de calor?

Para una pared pana: Según la ley de Fourier que viene dada por : q= -k (dt/dx)

Entonces para medir el área de transferencia de pared plana quedaría:

q= -k((T2-TI)/L)=(T1-T2)/(L/K); Q=qA=(T1-T2)/(L/KA)

Donde la resistencia térmica es:

L/kA

Para paredes planas:

Según la ley de Fourier que viene dada por: q=-k(dT/dr)

Entonces para medir el área de transferencia para paredes no planas quedaría:

Q/L=2πk (T1-T2)/L(r2/r1) =(T1-T2)/(1/2π L(r2/r1)/k)

Donde la resistencia térmica es:

1/2π L(r2/r1)/k

5.- ¿Cómo se expresa el coeficiente integral de transmisión de calor (Uo)referido la superficie externa, considerando una pared cilíndrica de diametro externo (Do),. Diámetro interno (Di), conductividad (K), coeficiente de convección interno y externo (hi,ho) donde los fluidos que circulan por el interior y por el exterior realizan intercambio de calor?

En el estudio de los intercambiadores de calor se supone que el tubo exterior, carcasa o casco, esta perfectamente aislado térmicamente, es decir no existe intercambio de calor con el exterior. Entonces se puede considerar que, a efectos de transferencia de calor, el intercambiador se comporta como una pared cilíndrica (el tubo o tubos interiores) bañada por dos fluidos a diferente temperatura.

Según la termoeléctrica Q- punto =(Ti-To); Q-punto =U*A*=1/Rtotal 1/(U*A)=Rtotal

1/UA=1/2πr1Lhi+Ln(r2/r1)/(2π L k)+1/(2πr2 L ho)

U= 1/((1/2πr1Lhi+Ln(r2/r1)/(2π L k)+1/(2πr2 L ho))A)

Siendo Ai el área de la superficie interior y Ao el area de la superficie exterior de transferencia de calor.

Siendo hi el coeficiente de película interior y ho el coeficiente de película exterior

En el caso de que la pared del tubo 9nterior sea lo suficientemente delgada Ai=AO=A.

Si el material del que está hecho el tubo es buen conductor del calor la resistencia térmica debida a conducción es despreciable, entonces:

Ln(r2/r1)/(2π L k)=0

Las dos condiciones anteriores se dan casi siempre, quedando:

6.- ¿Como se expresa el coeficiente integral de transmisión de calor (Ui) referido a la superficie interna, en función de: Do, Di, k, hi, ho?

El coeficiente global de transferencia U, depende de la superficie que se considere, interior (A1) o exterior (A2).

Si A=A1=2 pr1 L =>

U1= 1/((1/hi+nLn(r2/r1)/k+r1/r2ho))

Si A=A1=2pr2=>

U2= 1/((r2/r1hi+r2Ln(r2/r1)/k+1/ho))

7¿Cuál es la relación entre los coeficientes integrales (Uo, Ui) y los diámetros (Do, Di)?

U= coeficientes integrales de transmisión de calor, relacionado directamente xon la resistencia calorífica por la ecuación:

UA=1/E*R

Do= Diámetro externo de una pared cilíndrica

Di= Diámetro interno de una pared

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