INTERCAMBIADORES DE
CALOR
Son dispositivos que transfieren calor
entre un medio caliente y uno frío.
TIPOS DE INTERCAMBIADORES
DE CALOR
• Recuperadores: los fluidos caliente y frío
están separados por una pared.
• Regeneradores: los fluidos caliente y frío
ocupan el mismo espacio en el núcleo del
intercambiador.
TIPOS DE INTERCAMBIADORES
DE CALOR
• De contacto directo: los fluidos caliente y
frío se ponen en contacto entre sí de
manera directa.
INTERCAMBIADORES DE
TUBOS CONCENTRICOS
INTERCAMBIADORES DE TUBO
Y CORAZA
INTERCAMBIADORES DE TUBO
Y CORAZA
COEFICIENTE TOTAL DE
TRANSFERENCIA DE CALOR
yw
Thot
Tcold
Q = U A DT
COEFICIENTE TOTAL DE
TRANSFERENCIA DE CALOR
UA 
1


R
1
1
hiAi

L
kAk

1
hoAo
COEFICIENTE TOTAL DE
TRANSFERENCIA DE CALOR
Basado en el área externa:
Uo 
1
1
 Ao ln( ro / ri ) 


hiAi 
2  kL
 ho
Ao
Basado en el área interna:
Ui 
1
Ai
 Ai ln( ro / ri ) 


hi 
2  kL
 Aoho
1
FACTORES DE SUCIEDAD O DEPÓSITO
Rd 
1

Ud
Ud 
1
U
1
Rd 
1
U
Ud = coeficiente total de transferencia de calor global después
que se ha presentado el ensuciamiento.
U = coeficiente total de transferencia de calor global de un
intercambiador de calor limpio.
Rd = factor de suciedad del depósito.
DISTRIBUCION DE TEMPERATURA EN
EVAPORADORES Y CONDENSADORES
DISTRIBUCION DE TEMPERATURA EN
INTERCAMBIADORES DE FLUJO PARALELO Y
CONTRACORRIENTE
DISTRIBUCION DE TEMPERATURA EN
INTERCAMBIADORES DE FLUJO PARALELO Y
CONTRACORRIENTE
DIFERENCIA LOGARITMICA MEDIA DE
TEMPERATURA
D T  LMTD 
D T a  D Tb
ln( D T a / D Tb )
FACTOR DE CORRECCION DE LA DIFERENCIA LOGARITMICA
MEDIA DE TEMPERATURA A CONTRAFLUJO PARA
INTERCAMBIADOR DE CALOR CON UN RECORRIDO POR LA
CORAZA Y DOS (O MULTIPLO DE DOS) POR LOS TUBOS
Z 
m t Cp t
m s Cp s

T s , entrada  T s , salida
Tt , salida  Tt , entrada
FACTOR DE CORRECCION DE LA DIFERENCIA LOGARITMICA MEDIA DE
TEMPERATURA A CONTRAFLUJO PARA INTERCAMBIADOR DE CALOR CON UN
RECORRIDO POR LA CORAZA Y DOS (O MULTIPLO DE DOS) POR LOS TUBOS
Z 
m t Cp t
m s Cp s

T s , entrada  T s , salida
Tt , salida  Tt , entrada
Ejercicios
Un fluido caliente entra a un aparato de
tubos concéntricos a una temperatura
de 300°F y se enfría a 200°F por un
fluido frío que entra a 100°F y se
calienta a 150°F. Los fluidos deben
colocarse
en
flujo
paralelo
o
contracorriente?
Ejercicios
Un fluido caliente entra a un aparato de
tubos concéntricos a 300°F y debe
enfriarse a 200°F mediante un fluido
frío que entra a 150°F y se calienta a
200°F. Compare las diferencias de
temperatura en flujo paralelo y a
contracorriente. Es posible que la
temperatura de salida del fluido
caliente sea menor que la temperatura
de salida del fluido frío en flujo paralelo?
Ejercicios
Se debe diseñar un intercambiador de calor de coraza y tubos para
calentar 0.25 kg/s de agua de 15 a 85°C. El calentamiento se realiza al
hacer pasar aceite de motor caliente, que está disponible a 160°C, a
través del lado de la coraza del intercambiador. Se sabe que el aceite
proporciona un coeficiente promedio de convección ho=400W/m2K en el
exterior de los tubos. Diez tubos conducen el agua a través de la coraza,
cada tubo tiene pared delgada de diámetro igual a 25mm y ha sido
dispuesto para efectuar un paso por la coraza y 8 por los tubos. Si el
aceite sale del intercambiador a 100°C. Cuál es el flujo de aceite
necesario? De qué longitud deben ser los tubos para llevar a cabo el
calentamiento que se desea?
Datos adicionales:
Para el aceite a 130°C Cp = 2350 J/kgK
Para el agua a 50°C Cp = 4181 J/kgK,  = 548x10-6 Ns/m2, = 0.643
W/mK, Pr =3.56
Considere la resistencia por conducción despreciable.
hi 
k
Nu
D
Nu  0 . 023 Re
4 .5
Pr
0 .4
Re 
4 m
D 
1
U 
1
hi

1
ho
Ejercicios
Determine el área para transferencia de calor necesaria para
un intercambiador de calor construido con un tubo de 0.254
m de diámetro externo para enfriar 6.93 kg/s de una
solución de alcohol etílico al 95% (Cp = 3810 J/kgK) de 65C
a 39.4°C, utilizando 6.3 kg/s de agua disponible a 10°C.
Suponga que el coeficiente total de transferencia de calor
basado en el área externa de los tubos es de 568 W/m2 y
considere cada una de las siguientes configuraciones:
a. Flujo paralelo en tubos y coraza.
b. Contraflujo en relación con los tubos y coraza.
c. Intercambiador de contraflujo con dos recorridos por la
coraza y 72 recorridos por los tubos, el alcohol fluye a
través del casco y el flujo de agua a través de los tubos.
Ejercicios
Se utiliza agua caliente para calentar aire en
un intercambiador de calor de tubo doble. Si
los coeficientes de transferencia de calor en
el lado del agua y aire son de 100 y 10
BTU/hft2°F respectivamente, calcule el
coeficiente de transferencia de calor total
basado en el área externa. El tubo del
intercambiador de calor es de acero de
cédula 40 de 2 pulgadas (k=54W/mK) con
agua en el interior.
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Diapositiva 1 - Procesos Unitarios