INTERCAMBIADORES DE CALOR

Transcripción

1 INERCAMBIADORES DE CALOR 1 EMA 4. INERCAMBIADORES 1. Interambaidores (2h

2 Indie Interambiadores de alor. Utilidad. ipos Estudio térmio de los interambiadores de alor. Coeiiente global de transmision de alor Metodología de alulo de un interambiador de alor. Método de la DML. Método de la Eetividad. 2

3 INRODUCCION. CLASIFICACION POR EL SENIDO DE CIRCULACIÓN DE LOS FLUIDOS. A. PARALELO FLUJO EQUICORRIENE Caliente 0 L Frío EMA 4. INERCAMBIADORES 1. Interambaidores (2h FLUJO CONRACORRIENE Caliente Frío 0 Distania desde la entrada L 0 L 0 Distania desde la entrada L 3

4 INRODUCCION. B. FLUJO CRUZADO MEZCLADO NO MEZCLADO EMA 4. INERCAMBIADORES 1. Interambaidores (2h Finned-Both Fluids Unmixed Ambos lujos sin mezlar Uninned-One Fluid Mixed the Other Unmixed Un lujo mezlado, otro sin mezlar 4

5 INRODUCCION. SEGÚN EL DISEÑO A. INERCAMBIADORES DE CARCASA Y UBOS Salida ubos Entrada Carasa Deletores EMA 4. INERCAMBIADORES 1. Interambaidores (2h Salida Carasa Un paso por tubos, uno por arasa Entrada Carasa Dos pasos por tubos, uno por arasa Salida ubos Entrada ubos Salida Carasa Entrada ubos Cuatro pasos por tubos, Dos por arasa Entrada Carasa Salida Carasa Salida ubos Entrada ubos 5

6 INRODUCCION. SEGÚN EL DISEÑO B. INERCAMBIADORES DE PLACAS CONRACORRIENE EQUICORRIENE 6 EMA 4. INERCAMBIADORES 1. Interambaidores (2h

7 INRODUCCION. SEGÚN EL DISEÑO C. INERCAMBIADORES COMPACOS Caraterizados por relaiones area/volumen elevadas EMA 4. INERCAMBIADORES 1. Interambaidores (2h 7

8 INRODUCCION. SEGÚN EL DISEÑO C. INERCAMBIADORES COMPACOS Con Aire De tubos y aletas 8 EMA 4. INERCAMBIADORES 1. Interambaidores (2h

9 ESUDIO ÉRMICO DEL INERCAMBIADOR Balanes de Energia en un Interambiador m audal másio m s e e s m Volumen de Control EMA 4. INERCAMBIADORES 1. Interambaidores (2h q m h h m h h e s Si se introdue la aproximaión h p Válida para líquidos y gases a baja presión sin ambio de ase q m C p m C e s s p e s e 9

10 ESUDIO ÉRMICO DEL INERCAMBIADOR Coeiiente global de transmisión de alor (U Deiniion UA: UA R onv, R ond 1 R onv, R, R, q U ( i e da U re A re EMA 4. INERCAMBIADORES 1. Interambaidores (2h Orden de magnitud 2 COMBINACIÓN DE FLUIDOS U W / m K Agua-agua Agua-aeite Condensador de vapor (agua en los tubos Condensador que uniona on amoniao (agua en tubos Condensador que uniona on alohol (agua en tubos Interambiador de tubos aleteados (agua en tubos, aire en lujo ruzado

11 ESUDIO ÉRMICO DEL INERCAMBIADOR EMA 4. INERCAMBIADORES 1. Interambaidores (2h RESISIVIDAD Parámetro similar a la resistenia térmia pero independiente del área de interambio de alor. FACOR DE ENSUCIAMIENO Se deine el ator de ensuiamiento ( ouling ator, tiene en uenta la deposiión de suiedad: La resistenia térmia provoada por la apa de ensuiamiento en una superiie A será, por tanto: FLUIDO m 2 K W Agua de mar y agua de alimentaión del evaporador tratada (por debajo de 50ºC Agua de mar y agua de alimentaión del evaporador tratada (por enima de 50ºC / Agua de río (por debajo de 50ºC Fuel oil Líquidos rerigerantes Vapor (omportamiento no oleoso r r R A 2 m W R K r A 11

12 MEODOLOGÍA DE CALCULO EMA 4. INERCAMBIADORES 1. Interambaidores (2h Hipótesis Ausenia de Conduión Axial Propiedades termoísias onstantes Coeiientes de Conveión onstantes -MEODOLOGÍA DE LA DML -MEODOLOGÍA DE LA EFECIVIDAD. 12

13 MEODOLOGÍA DE LA DML Balane de alor en un dx dx dq U da( m Cp d d e m Cp s Balane de alor entre 0 y x s m Cp e ( s e mcp( s m Cp m Cp ( e x Sustituyendo en la 1º euaión y separando variables e EMA 4. INERCAMBIADORES 1. Interambaidores (2h U da mcp Integrando a lo largo de todo el interambiador UA d ( s 1 m Cp 1 m Cp mcp m Cp ln e 1 s s d mcp mcp mcp m Cp e e 1 1 mcp mcp s s e s e L 13

14 MEODOLOGÍA DE LA DML Operando UA mcp 1 1 mcp m Cp s ln mcp m Cp e 1 s e mcp m Cp s e s x dx m Cp m Cp s e La relaión de apaidades se obtiene mediante un balane de alor entre 0 y L EMA 4. INERCAMBIADORES 1. Interambaidores (2h m Cp ( s e mcp ( e s Sustituyendo y operando UA inalmente q real e ( e ( s s s e ln s mcp s s e e s e ( e s ( s e ( e s UA m Cp ( s e e s ln q UA DML ontraorriente s e s e s e s 14 s e L

15 MEODOLOGÍA DE LA DML. GENERALIZACION Se generaliza el método de la DML a otras oniguraiones (interambiadores de arasa y tubo, y de lujo ruzado. Para ello se deine un ator de orreión F de tal orma que: q real ( e s UA DML interambi ador m Cp ( s e EMA 4. INERCAMBIADORES 1. Interambaidores (2h DML interambiador ( e s ( s e DMLontraorr iente F( R, P FR, P e s ln R ( ( t t 1 P Para ada oniguraión se dispone de expresiones analítias o gráias, que proporionan el valor de F en unión de los parámetros R y P. Si R ó P valen 0, el ator de orreión F=1 (indepte. de la oniguraión 15 ( t 2 ( 1 t t 1 1 s e

16 MEODOLOGÍA DE LA DML. GENERALIZACION 16 EMA 4. INERCAMBIADORES 1. Interambaidores (2h F

17 MEODOLOGÍA DE LA DML. GENERALIZACION 17 EMA 4. INERCAMBIADORES 1. Interambaidores (2h F

18 MEODOLOGÍA DE LA DML. GENERALIZACION i t i t o o 18 EMA 4. INERCAMBIADORES 1. Interambaidores (2h F

19 MEODOLOGÍA DE LA DML. GENERALIZACION i t i t o o 19 EMA 4. INERCAMBIADORES 1. Interambaidores (2h F

20 MEODOLOGÍA DE LA DML. CASO ESPECIAL EQUICORRIENE q ( e s UA DML equiorrie nte m Cp ( s e Deiniendo en este aso la DML omo: 1 e e m Cp s 2 s EMA 4. INERCAMBIADORES 1. Interambaidores (2h Se umple q DML equiorriente ( 1 ( 2 1 ln 2 ( e e ( s s ( e s UA m Cp ( s e e e ln s s e e s s L F=1 20

21 MEODOLOGÍA DE LA EFICIENCIA Si sólo se onoen las temperaturas de entrada de ambos lujos, la metodología DML requiere un proeso iterativo. En tales ondiiones es preerible el método de la eiienia: EMA 4. INERCAMBIADORES 1. Interambaidores (2h Eiienia: Relaión de apaidades: q q max Número de unidades de transerenia de alor NU: C r Para ada tipología de interambiador existe una relaión del tipo max C NU NU C, r, r q mcpmin Cmin mcp Cmax max e e mcp min C C NU mcp mcp UA mcp min 21

22 MEODOLOGÍA DE LA EFICIENCIA Ejemplo ontraorriente Supongamos (en aso ontrario sería análogo ( mcp ( mcp max m Cp min EMA 4. INERCAMBIADORES 1. Interambaidores (2h De la deiniión de eiienia Cr Operando q q real max mcp ( mcp 1 e ( e s ( min e e e ( De la relaión de apaidades aloríias ( mcp ( mcp Operando min max Pudiendo esribir mcp 1 Cr 1 1 Cr e e e e q / q / s e e s e e ( ( s e e s e s e e e e e s s e e s s e e s ( s s e e e s s e e s e s 1 Cr 1 dx x e s s e s e s e L 22

23 EMA 4. INERCAMBIADORES 1. Interambaidores (2h MEODOLOGÍA DE LA EFICIENCIA En interambiadores en ontraorriente se umplía : q ( e s Reesribiéndose omo : ( ln ( e s s e UA UA ( ( e e s ( ( e ln ( 1 Cr ln 1 s ( eniendo en uenta la deiniión del NU, y haiendo uso de las anteriores relaiones : De donde despejando : Si Cr=1 1 e 1Cr e NU (1Cr NU (1Cr NU NU 1 s s s e ( s e s e e NU (1 Cr NU Si Cr=1 1 Cr e s NU 1 Cr 1 1 Cr ln 1 (1 Cr NU e UA mcp UA m Cp mín x dx 1 s e s e ( s m Cp s m Cp s e 23 e s e

24 MEODOLOGÍA DE LA EFICIENCIA Equiorriente Contraorriente 24 EMA 4. INERCAMBIADORES 1. Interambaidores (2h

25 MEODOLOGÍA DE LA EFICIENCIA EMA 4. INERCAMBIADORES 1. Interambaidores (2h Flujo ruzado: ambas orrientes sin mezlar Flujo ruzado: una orrientes mezlada y la otra sin mezlar 25

26 MEODOLOGÍA DE LA EFICIENCIA 26 EMA 4. INERCAMBIADORES 1. Interambaidores (2h

27 MEODOLOGÍA DE LA EFICIENCIA 27 EMA 4. INERCAMBIADORES 1. Interambaidores (2h

28 MEODOLOGÍA DE LA EFICIENCIA. CASO PARICULAR Para ualquier tipo de interambiado uando uno de los lujos se mantiene a temperatura onstante (ambio de ase, o el produto mcp de una orriente es muho mayor que la otra. EMA 4. INERCAMBIADORES 1. Interambaidores (2h 2 1(x En este aso se umplirá La distribuión de temperaturas es la misma independientemente del tipo de interambiador, por lo tanto existe una únia relaión C NU NU C, ( mcp r, r max ( mcp Y apliándolo al interambiador a ontraorriente NU (1Cr 1 e 1 e NU (1Cr 1Cr e min NU ( mcp Cr ( mcp Relaión válida para ualquier tipo de interambiador uando una de las orrientes ambia de ase min max 28 0

29 MEODOS. RESUMEN Calor interambiado q real ( e s m Cp ( s e Variables ( e s ( e s EMA 4. INERCAMBIADORES 1. Interambaidores (2h Método del DML F=(tipo interambiador, salto temperaturas para equiorriente y ontraorriente F=1 qreal UA F DML ontraorr Método iterativo iente UA Método de la eiienia NU q real UA ( mcp min qmax ( mcp Cr min ( mcp ( mcp = (tipo interambiador, NU, Cr e Método no iterativo e min max 29