{"id":39610,"date":"2019-09-15T23:52:58","date_gmt":"2019-09-15T22:52:58","guid":{"rendered":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/que-es-el-analisis-del-intercambiador-de-calor-calculo-del-rendimiento-definicion\/"},"modified":"2020-01-06T09:33:06","modified_gmt":"2020-01-06T08:33:06","slug":"que-es-el-analisis-del-intercambiador-de-calor-calculo-del-rendimiento-definicion","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/es\/que-es-el-analisis-del-intercambiador-de-calor-calculo-del-rendimiento-definicion\/","title":{"rendered":"\u00bfQu\u00e9 es el an\u00e1lisis del intercambiador de calor? C\u00e1lculo del rendimiento: definici\u00f3n"},"content":{"rendered":"
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En el an\u00e1lisis de los intercambiadores de calor, a menudo es conveniente trabajar con t\u00e9rminos como LMTD y U-factor.\u00a0Estos t\u00e9rminos se definen en An\u00e1lisis del intercambiador de calor – C\u00e1lculo del rendimiento.\u00a0Ingenieria termal<\/div>\n<\/div>\n
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An\u00e1lisis del intercambiador de calor – C\u00e1lculo del intercambiador de calor<\/h2>\n

Los intercambiadores de calor\u00a0se usan com\u00fanmente en la industria, y el dise\u00f1o adecuado de un intercambiador de calor depende de muchas variables.\u00a0<\/strong>En el an\u00e1lisis de los intercambiadores de calor, a menudo es conveniente trabajar con un\u00a0\u00a0coeficiente de transferencia de calor en general<\/a>\u00a0,\u00a0<\/strong>conocido como un\u00a0factor U<\/strong>.\u00a0El factor U se define por una expresi\u00f3n an\u00e1loga a\u00a0\u00a0la ley de enfriamiento de Newton<\/a>\u00a0.\u00a0<\/strong>Adem\u00e1s, los ingenieros tambi\u00e9n utilizan la diferencia de temperatura media logar\u00edtmica (LMTD<\/strong>) para determinar la fuerza impulsora de la temperatura para la transferencia de calor en los intercambiadores de calor.<\/p>\n

Referencia especial: John R. Thome, Libro de datos de ingenier\u00eda III.\u00a0Wolverine Tube Inc. 2004.<\/p>\n

Estos t\u00e9rminos y m\u00e9todos, que se utilizan ampliamente para\u00a0seleccionar un intercambiador de calor apropiado, se describen a continuaci\u00f3n.<\/strong><\/p>\n

An\u00e1lisis del intercambiador de calor: c\u00e1lculo del rendimiento<\/strong><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Coeficiente general de transferencia de calor<\/h2>\n

\"Factor<\/a>Un\u00a0intercambiador de calor<\/strong>\u00a0t\u00edpicamente involucra dos fluidos que fluyen separados por una pared s\u00f3lida.\u00a0Muchos de los procesos de transferencia de calor que se encuentran en la industria involucran sistemas compuestos e incluso involucran una combinaci\u00f3n de\u00a0conducci\u00f3n<\/a>\u00a0y\u00a0convecci\u00f3n<\/a>\u00a0.\u00a0El calor se transfiere primero del fluido caliente a la pared por convecci\u00f3n, a trav\u00e9s de la pared por conducci\u00f3n, y de la pared al fluido fr\u00edo nuevamente por convecci\u00f3n.<\/p>\n

Con estos sistemas compuestos, a menudo es conveniente trabajar con un\u00a0coeficiente de transferencia de calor en general<\/a>\u00a0,<\/strong>\u00a0conocido como un\u00a0factor U<\/strong>\u00a0.\u00a0El factor U se define mediante una expresi\u00f3n an\u00e1loga a\u00a0la ley de enfriamiento de Newton<\/strong>\u00a0:<\/p>\n

\"coeficiente<\/a><\/p>\n

El\u00a0coeficiente global de transferencia de calor, U,<\/strong>\u00a0est\u00e1 relacionado con la\u00a0resistencia t\u00e9rmica total<\/a>\u00a0y depende de la geometr\u00eda del problema.\u00a0Por ejemplo,\u00a0la transferencia de calor<\/a>\u00a0en un\u00a0generador de vapor<\/a>\u00a0implica la convecci\u00f3n desde la mayor parte del refrigerante del reactor a la superficie del tubo interno del generador de vapor, la conducci\u00f3n a trav\u00e9s de la pared del tubo y la convecci\u00f3n (ebullici\u00f3n) desde la superficie del tubo externo al fluido lateral secundario.<\/p>\n

En casos de transferencia de calor combinada para un intercambiador de calor, hay dos valores para h.\u00a0Existe el coeficiente de transferencia de calor convectivo (h) para la pel\u00edcula de fluido dentro de los tubos y un coeficiente de transferencia de calor convectivo para la pel\u00edcula de fluido fuera de los tubos.\u00a0La\u00a0conductividad t\u00e9rmica<\/a>\u00a0(k) y el espesor (? X) de la pared del tubo tambi\u00e9n deben tenerse en cuenta.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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El monitoreo en l\u00ednea de los\u00a0intercambiadores de calor\u00a0comerciales\u00a0se realiza mediante el seguimiento del\u00a0coeficiente general de transferencia de calor\u00a0, porque el coeficiente general de transferencia de calor tiende a disminuir con el tiempo debido a la\u00a0contaminaci\u00f3n\u00a0.\u00a0Al calcular peri\u00f3dicamente el coeficiente global de transferencia de calor a partir de los caudales y las temperaturas del intercambiador, el operador del intercambiador de calor puede estimar la vida \u00fatil de los intercambiadores de calor.<\/p>\n

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Diferencia de temperatura media logar\u00edtmica – LMTD<\/span><\/h2>\n

Para resolver ciertos problemas del intercambiador de calor, los\u00a0<\/span>ingenieros a<\/span><\/strong>\u00a0menudo usan una\u00a0<\/span>diferencia de temperatura media logar\u00edtmica (LMTD)<\/span><\/strong>\u00a0, que se utiliza para determinar la fuerza impulsora de la temperatura para la transferencia de calor en los intercambiadores de calor.\u00a0<\/span>LMTD<\/span><\/strong>\u00a0se introduce debido al hecho de que el cambio de temperatura que tiene lugar a trav\u00e9s del intercambiador de calor desde la entrada hasta la salida\u00a0<\/span>no<\/span><\/strong>\u00a0es\u00a0lineal<\/strong>\u00a0.<\/span><\/p>\n

La transferencia de calor a trav\u00e9s de la pared del intercambiador de calor en una ubicaci\u00f3n dada viene dada por la siguiente ecuaci\u00f3n:<\/span><\/p>\n

\"coeficiente<\/a><\/p>\n

\"diferencia<\/a>Aqu\u00ed el valor del\u00a0<\/span>coeficiente global de transferencia de calor<\/span><\/strong>\u00a0puede asumirse como una constante.\u00a0Por otro lado, la diferencia de temperatura var\u00eda continuamente con la ubicaci\u00f3n (especialmente en la disposici\u00f3n de contraflujo).\u00a0Para determinar el flujo de calor total, o bien el flujo de calor debe resumirse usando \u00e1reas elementales y la diferencia de temperatura en el lugar o, m\u00e1s convenientemente, los ingenieros pueden promediar el valor de la diferencia de temperatura.\u00a0La ecuaci\u00f3n del intercambiador de calor se puede resolver mucho m\u00e1s f\u00e1cilmente si pudi\u00e9ramos definir una\u00a0<\/span>“Diferencia de temperatura media” (MTD)<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Se puede ver en la figura que la diferencia de temperatura var\u00eda a lo largo del flujo y que el promedio aritm\u00e9tico puede no ser el promedio real, por lo tanto, los ingenieros usan la diferencia de temperatura media logar\u00edtmica.\u00a0Los “<\/span>La diferencia de temperatura media logar\u00edtmica<\/span><\/strong>\u00a0”\u00a0<\/span>(LMTD)<\/span><\/strong>\u00a0es un promedio logar\u00edtmico de la diferencia de temperatura entre las alimentaciones de calor y fr\u00edo en cada extremo del intercambiador de calor.\u00a0Cuanto m\u00e1s grande es el LMTD, m\u00e1s calor se transfiere.\u00a0De la figura se puede ver que la diferencia de temperatura var\u00eda a lo largo del flujo y que el promedio aritm\u00e9tico puede no ser el promedio real.<\/span><\/p>\n

Para el intercambiador de calor que tiene dos extremos (que llamamos \u201cA\u201d y \u201cB\u201d) en los que las corrientes de calor y fr\u00edo entran o salen a ambos lados, el LMTD se define como:<\/span><\/p>\n

\"diferencia<\/a><\/p>\n

La transferencia de calor viene dada por:<\/span><\/p>\n

\"LMTD<\/a><\/p>\n

Esto es v\u00e1lido tanto para la disposici\u00f3n de flujo paralelo, donde las corrientes entran desde el mismo extremo, como para la disposici\u00f3n de contraflujo, donde ingresan desde diferentes extremos.<\/span><\/p>\n

En un flujo cruzado, en el que un sistema, generalmente el disipador de calor, tiene la misma temperatura nominal en todos los puntos de la superficie de transferencia de calor, existe una relaci\u00f3n similar entre el calor intercambiado y el LMTD, pero con un factor de correcci\u00f3n.\u00a0Tambi\u00e9n se requiere un factor de correcci\u00f3n para otras geometr\u00edas m\u00e1s complejas, como un intercambiador de carcasa y tubo con deflectores.<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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LMTD – Condensadores y calderas<\/span><\/h2>\n
\"Generador<\/a>
Gradientes de temperatura en el generador de vapor PWR t\u00edpico.<\/span><\/figcaption><\/figure>\n

Los generadores<\/span><\/a>\u00a0y\u00a0<\/span>condensadores de\u00a0<\/span><\/a>vapor<\/a>\u00a0tambi\u00e9n son ejemplos de componentes encontrados en instalaciones nucleares donde\u00a0se necesita\u00a0el concepto de\u00a0<\/span>LMTD<\/span><\/strong>\u00a0para abordar ciertos problemas.\u00a0Cuando el agua subenfriada ingresa al generador de vapor, debe calentarse hasta su punto de ebullici\u00f3n y luego debe evaporarse.\u00a0Debido a que la evaporaci\u00f3n tiene lugar a temperatura constante, no se puede usar un solo LMTD.\u00a0En este caso, el intercambiador de calor debe tratarse como una combinaci\u00f3n de dos o tres intercambiadores de calor (cuando se produce sobrecalentamiento).<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Pinch Point – Intercambiador de calor<\/span><\/h2>\n

Hay otro aspecto interesante del dise\u00f1o en que la diferencia de temperatura conocida como\u00a0<\/span>“pellizco”<\/span><\/strong>\u00a0puede limitar el rendimiento de los intercambiadores de calor si las \u00e1reas y los caudales no est\u00e1n dise\u00f1ados adecuadamente.\u00a0<\/span>El punto de pellizco<\/span><\/strong>\u00a0es la ubicaci\u00f3n en el intercambiador de calor donde la diferencia de temperatura entre el fluido caliente y el fr\u00edo es\u00a0<\/span>m\u00ednima<\/span><\/strong>\u00a0en esa ubicaci\u00f3n.<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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M\u00e9todo de efectividad de NTU<\/span><\/h2>\n

El\u00a0m\u00e9todo de\u00a0<\/span>diferencia de temperatura media logar\u00edtmica<\/span><\/strong>\u00a0(LMTD) discutido en la secci\u00f3n anterior es f\u00e1cil de usar en el an\u00e1lisis del intercambiador de calor cuando las temperaturas de entrada y salida de los fluidos calientes y fr\u00edos son conocidas o pueden determinarse a partir de un balance de energ\u00eda.\u00a0Por lo tanto, el m\u00e9todo LMTD es muy adecuado para determinar el tama\u00f1o y el rendimiento de un intercambiador de calor.<\/span><\/p>\n

Cuando el conocimiento directo del LMTD no est\u00e1 disponible y se puede utilizar el m\u00e9todo NTU (m\u00e9todo de\u00a0<\/span>N\u00famero de unidades de transferencia<\/span><\/strong>\u00a0).\u00a0Este m\u00e9todo se basa en un par\u00e1metro adimensional llamado efectividad de transferencia de calor, definido como:<\/span><\/p>\n

\"M\u00e9todo<\/a><\/p>\n

Como puede verse, la\u00a0<\/span>efectividad<\/span><\/em>\u00a0es la relaci\u00f3n entre la tasa de transferencia de calor real y la tasa de transferencia de calor m\u00e1xima posible.\u00a0Para definir la efectividad de un intercambiador de calor, primero debemos determinar la tasa de transferencia de calor m\u00e1xima posible, q\u00a0<\/span>max<\/span><\/sub>\u00a0, para el intercambiador de calor.<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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……………………………………………………………………………………………………………………………….<\/p>\n

Este art\u00edculo se basa en la traducci\u00f3n autom\u00e1tica del art\u00edculo original en ingl\u00e9s. Para m\u00e1s informaci\u00f3n vea el art\u00edculo en ingl\u00e9s. Puedes ayudarnos. Si desea corregir la traducci\u00f3n, env\u00edela a: translations@nuclear-power.com o complete el formulario de traducci\u00f3n en l\u00ednea. Agradecemos su ayuda, actualizaremos la traducci\u00f3n lo antes posible. Gracias.<\/p>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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