Intercambio De Calor

INTERCAMBIADORES DE CALOR

I. Antecedente

La trasferencia de calor es una de las operaciones unitarias de procesamiento de alimentos más importantes. Casi todos los procesos requieren trasferencia de calor, ya sea en forma de entrada de calor o en forma de eliminación del mismo, para modificar las características físicas químicas y biológicas del producto.

Durante el almacenamiento de frutas, verduras, carnes y productos lácteos se elimina calor a fin de que el producto se enfrié y se conserve por un periodo largo. El calentamiento implica la destrucción de patógenos y otros microorganismos que causan el deterioro de los alimentos, para así hacer a estos seguros y estables por periodo de almacenamiento más prolongados.

II. Marco Teórico

1. INTRODUCCIÓN.-

En los sistemas mecánicos, químicos, nucleares y otros, ocurre que el calor debe ser transferido de un lugar a otro, o bien, de un fluido a otro. Los intercambiadores de calor son los dispositivos que permiten realizar dicha tarea. Un entendimiento básico de los componentes mecánicos de los intercambiadores de calor es necesario para comprender cómo estos funcionan y operan para un adecuado desempeño.

El objetivo de este trabajo es presentar los intercambiadores de calor como dispositivos que permiten remover calor de un punto a otro de manera específica en una determinada aplicación. Se presentan los tipos de intercambiadores de calor en función del flujo: flujo paralelo; contraflujo; flujo cruzado. Además se analizan los tipos de intercambiadores de calor con base en su construcción: tubo y carcasa; placas, y se comparan estos. Se presentan también los intercambiadores de paso simple, de múltiples pasos, intercambiador de calor regenerador e intercambiador de calor no regenerativo. Al final se incluyen algunas de las posibles aplicaciones de los intercambiadores de calor.

Como hemos mencionado, un intercambiador de calor es un componente que permite la transferencia de calor de un fluido (líquido o gas) a otro fluido. Entre las principales razones por las que se utilizan los intercambiadores de calor se encuentran las siguientes:

 Calentar un fluido frío mediante un fluido con mayor temperatura.

 Reducir la temperatura de un fluido mediante un fluido con menor temperatura.

 Llevar al punto de ebullición a un fluido mediante un fluido con mayor temperatura.

 Condensar un fluido en estado gaseoso por medio de un fluido frío.

 Llevar al punto de ebullición a un fluido mientras se condensa un fluido gaseoso con mayor temperatura.

Debe quedar claro que la función de los intercambiadores de calor es la transferencia de calor, donde los fluidos involucrados deben estar a temperaturas diferentes. Se debe tener en mente que el calor sólo se transfiere en una sola dirección, del fluido con mayor temperatura hacia el fluido de menor temperatura. En los intercambiadores de calor los fluidos utilizados no están en contacto entre ellos, el calor es transferido del fluido con mayor temperatura hacia el de menor temperatura al encontrarse ambos fluidos en contacto térmico con las paredes metálicas que los separan.

2. Tipo de intercambiadores de calor según su operación.-

Ya que los intercambiadores de calor se presentan en muchas formas, tamaños, materiales de manufactura y modelos, estos son categorizados de acuerdo con características comunes. Una de las características comunes que se puede emplear es la dirección relativa que existe entre los dos flujos de fluido. Las tres categorías son: Flujo paralelo, Contraflujo y Flujo cruzado.

2.1. Flujo paralelo.

Como se ilustra en la figura (1), existe un flujo paralelo cuando el flujo interno o de los tubos y el flujo externo o de la carcaza ambos fluyen en la misma dirección. En este caso, los dos fluidos entran al intercambiador por el mismo extremo y estos presentan una diferencia de temperatura significativa. Como el calor se transfiere del fluido con mayor temperatura hacia el fluido de menor temperatura, la temperatura de los fluidos se aproxima la una a la otra, es decir que uno disminuye su temperatura y el otro la aumenta tratando de alcanzar el equilibrio térmico entre ellos. Debe quedar claro que el fluido con menor temperatura nunca alcanza la temperatura del fluido más caliente.

2.2. Contraflujo

Como se ilustra en la figura (2),

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