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Trabajo de Flujo Cruzado

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REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO POPULAR PARA LA EDUCACIN I.U.P SANTIAGO MARIO EXTENSIN MATURN

Intercambiadores De Calor: Flujo Cruzado

INDICE1

laura INTRODUCCIN

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Un intercambiador de calor es un dispositivo construido para transferir eficientemente energa calrica de un fluido a otro, a travs de una superficie slida. En el diseo de un intercambiador de calor son utilizados los principios de conveccin y de conduccin de calor. No ocurre transporte radiactivo de energa calrica entre el intercambiador y el ambiente salvo que el dispositivo no se encuentre debidamente aislado o que su superficie est muy caliente. El intercambiador de calor tiene muchos usos en los procesos de ingeniera. En la actualidad, la mayora de los intercambiadores de calor no son puramente de flujo paralelo, contraflujo o flujo cruzado; estos son comnmente una combinacin 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 razn de incluir la combinacin de varios tipos en uno solo, es maximizar la eficacia del intercambiador dentro de las restricciones propias del diseo, que son: tamao, costo, peso, eficacia requerida, tipo de fluidos, temperaturas y presiones de operacin, que permiten establecer la complejidad del intercambiador. En los sistemas mecnicos, qumicos, 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 bsico de los componentes mecnicos de los intercambiadores de calor es necesario para comprender cmo estos funcionan y operan para un adecuado desempeo.

Intercambiadores De Calor.3

Como se menciono anteriormente, un intercambiador de calor es un componente que permite la transferencia de calor de un fluido (lquido 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 fro mediante un fluido con mayor temperatura. Reducir la temperatura de un fluido mediante un fluido con menor temperatura. Llevar al punto de ebullicin a un fluido mediante un fluido con mayor temperatura. Condensar un fluido en estado gaseoso por medio de un fluido fro Llevar al punto de ebullicin a un fluido mientras se condensa un fluido gaseoso con mayor temperatura. La funcin 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 slo se transfiere en una sola direccin, del fluido con mayor temperatura hacia el fluido de menor temperatura. En los intercambiadores de calor los fluidos utilizados no estn en contacto entre ellos, el calor es transferido del fluido con mayor temperatura hacia el de menor temperatura al encontrarse ambos fluidos en contacto trmico con las paredes metlicas que los separan.

Intercambiadores Con Corrientes CruzadasEn la mayora de los casos, en los intercambiadores que nos encontramos en la vida prctica, los fluidos circulan perpendicularmente entre s o en direcciones aproximadas ortogonales, que aceptaremos como perpendiculares. Un ejemplo de inters en refrigeracin, es el que se produce en los aerorrefrigeradores. En estos equipos, el aire es impulsado por los ventiladores e incide perpendicularmente sobre los tubos dotados de aletas. Los intercambiadores de flujo cruzado Son muy frecuentes cuando uno de los dos fluidos es un gas, siendo tpico el ejemplo de calefaccin de aire con vapor de agua. En la figura siguiente se muestra el caso ms caracterstico. Uno de los fluidos, generalmente lquido, circula por el interior de los tubos, mientras que el otro, gas, lo hace perpendicularmente por conveccin natural o forzada. A su vez, uno o los dos fluidos, pueden circular canalizados, es decir, confinados en un espacio determinado a

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base de tabiques o paredes separadas, lo que influye en los gradientes de temperatura y el valor del coeficiente global de transmisin de calor.

El tipo de intercambiadores que utilizan en las industrias de procesos qumicos, es el dispositivo de carcasa y tubo. Para asegurarse de que el fluido del lado de la carcasa circule transversalmente a los tubos, ocasionando as una mayor transferencia de calor, se colocan en la carcasa unos deflectores, dependiendo del montaje de entrada en los extremos del intercambiador, se pueden utilizar uno o ms pasos de tubos. Los intercambiadores de calor de corrientes cruzadas se emplean generalmente para calentar aire o gases y en aplicaciones de refrigeracin. En un intercambiador de este tipo, se puede hacer circular un gas a travs de un haz de tubos, mientras que en el interior de los tubos se utiliza otro fluido, con fines de calentamiento o de refrigeracin.

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En este caso el gas circula a travs de haces de tubos de aletas, por lo que es no mezclado puesto que est confinado en canales separados por las aletas, segn pasa a travs del intercambiador. Este intercambiador es tpico entre los utilizados en las aplicaciones de acondicionamiento de aire.

Si un fluido no es mezclado, puede haber un gradiente de temperatura tanto paralelo como normal a la direccin de la corriente, mientras que cuando el fluido es mezclado, y como resultado del mezclado, la temperatura del fluido tendera a igualarse en la direccin normal a la corriente.

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En la imagen se da un perfil aproximado de temperatura del gas que circula por el intercambiador del calor segn la figura, habiendo supuesto que el gas se calienta al atravesar el intercambiador. 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 travs de tubos mientras que el otro pasa alrededor de dichos tubos formando un ngulo de 90 Los intercambiadores de flujo cruzado son comnmente usado donde uno de los fluidos presenta cambio de fase y por tanto se tiene un fluido pasado por el intercambiador en dos fases bifsico. Un ejemplo tpico de este tipo de intercambiador es en los sistemas de condensacin de vapor, donde el vapor exhausto que sale de una turbina entra como flujo externo a la carcasa del condensador y el agua fra que fluye por los tubos absorbe el calor del vapor y ste se condensa y forma agua lquida. Se pueden condensar grandes volmenes de vapor de agua al utiliza este tipo de intercambiador de calor.

Se distingue principalmente entre los intercambiadores de calor los multitubulares y de placas. Y aunque los segundos presentan innumerables ventajas frente a los primeros, sus usos estn limitados por cuestiones tecnolgicas, por lo cual los intercambiadores de carcasa y tubos siguen siendo los ms empleados.

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Eliezer Intercambiadores De Carcasa Y Tubos:En stos, uno o los dos fluidos realizan varios recorridos o "pasos" por el cambiador, en la figura siguente se muestran unos ejemplos. As, si el fluido fro pasa una sola vez por los tubos y el caliente una sola vez por la carcasa, el cambiador se denomina 1-1; si los pasos son 1 y 2 respectivamente, pasa a llamarse 1-2; y as, los hay 2-4, 2-6, etc.

En todos los cambiadores multitubulares, el fluido que circula por la carcasa se ve obligado a atravesar el bloque de tubos con flujo cruzado ms que en paralelo, forzado por la presencia de unos tabiques deflectores perpendiculares a los tubos. De esta forma se consigue una mayor turbulencia y por tanto un valor ms alto del coeficiente de transmisin de calor para el fluido externo. Los Intercambiadores Multitubulares Estn Constituidos Fundamentalmente Por: Un haz de tubos por el interior de los cuales circula uno de los fluidos (fluido de tubos). Una envolvente, llamada carcasa, que rodea el haz de tubos y por cuyo espacio circula el segundo fluido (fluido de carcasa). Dos cierres en los extremos de la carcasa, llamados cabezales, los cuales distribuyen los fluidos. Como cada partcula de fluido puede recorrer el cambiador ms de una vez, los intercambiadores de carcasa y tubos se identifican por el nmero de pasos por carcasa y8

tubos, designando primero el nmero de pasos por carcasa y despus el nmero de pasos por tubos. El paso es el nmero de veces que un fluido recorre la longitud total del intercambiador de calor. As, un intercambiador en equicorriente o contracorriente es un cambiador (1-1) si presenta un paso por carcasa y un paso por tubos. Un cambiador (1-2) presenta un paso por carcasa y dos pasos por tubos.

FuncionamientoLa pared de los tubos separa a ambos fluidos, y dado que el calor transferido depende de la superficie de contacto entre ellos, para ofrecer una mayor superficie, y por tanto una mayor transferencia trmica entre fluidos, se dispone un gran nmero de tubos de pequeo dimetro. Por esa razn nos interesar colocar el mayor nmero de tubos lo ms finos posibles, pero siempre con una consistencia mecnica adecuada. Los tubos suelen estar hechos de aceros al carbono, aceros inoxidables, o incluso de otros materiales, siempre y cuando el cambiador sea de baja responsabilidad. Para aumentar la transferencia trmica se colocan en la carcasa una serie de segmento s cortados, llamados bafles, pantallas o deflectores, que se emplean para favorecer la turbulencia del lquido dentro de la carcasa y de este modo aumentar el intercambio. Adems, contribuyen a evitar el pandeo y las vibraciones de los tubos al dar rigidez al conjunto. El arreglo o distribucin de los tubos depende de la situacin particular, dado que mientras que un arreglo cuadrado permite la limpieza mecnica, uno triangular favorece la turbulencia y por tanto aumenta el rendimiento. Esto ltimo es debido a que al no encontrarse alineados los tubos, se interrumpe el camino, forzando el rgimen t