Intercambiadores
de Calor
Ing. Hernan Santisteban Chapoñan
E-mail: hsantisteban@usat.edu.pe
Curso: Transferencia de calor y masa
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Objetivos

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Conocer los fundamentos de Intercambiadores de
Calor y determinar la transferencia de calor.
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Contenido:
Intercambiadores de Calor:
➢La Diferencia media logarítmica de
temperatura.
➢El método efectividad-número de unidades
de transferencia.
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Intercambiadores de
calor
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El coeficiente total de transferencia de calor
Para un intercambiador de calor de
doble tubo, la resistencia térmica de
la pared del tubo es
en donde k es la conductividad
térmica del material de la pared y L
es la longitud del tubo. Entonces la
resistencia térmica total queda
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El coeficiente total de transferencia de calor
En el análisis de los intercambiadores de calor resulta
conveniente combinar todas las resistencias térmicas que se
encuentran en la trayectoria del flujo de calor del fluido caliente
hacia el frío en una sola resistencia R y expresar la razón de la
transferencia de calor entre los dos fluidos como
en donde U es el coeficiente total de transferencia de calor, cuya
unidad es W/m2·°C, la cual es idéntica a la unidad del coeficiente
de convección común, h. Cancelando △ T, la ecuación se
convierte en
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El coeficiente total de transferencia de calor
Cuando la pared del tubo es pequeña y la conductividad térmica
del material del mismo es alta, como suele ser el caso, la
resistencia térmica de dicho tubo es despreciable (Rpared ≈ 0) y
las superficies interior y exterior del mismo son semejantes (Ai ≈
Ao ≈ As). Entonces la ecuación anterior para el coeficiente de
transferencia de calor total se simplifica para quedar
donde U ≈ Ui ≈ Uo
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El coeficiente total de transferencia de calor
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Factor de incrustación
La relación del coeficiente total de transferencia de calor dada
con anterioridad es válida para superficies limpias y es necesario
modificarla para tomar en cuenta los efectos de la incrustación
sobre las superficies interior y exterior del tubo. Para un
intercambiador de calor de casco y tubos, sin aletas, se puede
expresar como
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El coeficiente total de transferencia de calor
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El coeficiente total de transferencia de calor
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Ejemplo:
Se va a enfriar aceite caliente en un intercambiador de calor de doble tubo, a
contraflujo. El tubo interior de cobre tiene un diámetro de 2 cm y un espesor
despreciable. El diámetro interior del tubo exterior (la coraza) es de 3 cm. Por
el tubo fluye agua a razón de 0.5 kg/s y el aceite por espacio anular a razón de
0.8 kg/s. Tomando las temperaturas promedio del agua y del aceite como
45°C y 80°C, respectivamente, determine el coeficiente total de transferencia
de calor de este intercambiador.
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Ejemplo:
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Se construye un intercambiador de calor de
doble tubo (casco y tubo) con un tubo interior
de acero inoxidable (k = 15.1 W/m · °C), de
diámetro interior Di = 1.5 cm y diámetro
exterior Do = 1.9 cm, y un casco exterior cuyo
diámetro interior es de 3.2 cm. El coeficiente
de transferencia de calor por convección es hi
= 800 W/m2 · °C, sobre la superficie interior
del tubo, y ho = 1200 W/m2 · °C, sobre la
superficie exterior. Para un factor de
incrustación de Rf, i = 0.0004 m2 · °C/W, del
lado del tubo, y Rf, o = 0.0001 m2 · °C/W, del
lado del casco, determine a) la resistencia
térmica del intercambiador de calor por
unidad de longitud, y b) los coeficientes de
transferencia de calor totales Ui y Uo con base
en las áreas superficiales interior y exterior del
tubo, respectivamente.
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Conclusiones
• Se conoció los fundamentos de Intercambiadores de Calor y se
determinó la transferencia de calor en régimen laminar.
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Referencias
Referencias USAT
•
Donald Q. Kern, Procesos de Transferencia de Calor. Compañía
Editorial Continental S.A., McGraw Hill Book Company,
Vigesimocuarta Impresión Mayo 1992.
•
F. Kreith & M.S. Bohn - Thomson Learning, Principios de
transferencia de calor - 6ta edición
•
F.P. Incropera & D.P. de Witt - John, Fundamentos de
Transferencia de Calor. Prentice Hall, 4th edition
Referencias complementarias
•
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James R. Welty, Transferencia de Calor aplicada a la Ingeniería.
Limusa Noriega Editores. Cuarta Reimpresión 1993.
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Ing. Hernan Santisteban Chapoñan
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