Intercambiadores
de calor
Son equipos de facilitan el intercambio de calor entre dos fluidos que se encuentran a temperatura diferentes y evitan al mismo tiempo que se mezclen entre si. En las industrias, los intercambiadores de calor son usados nen una amplia variedad de aplicaciones como acondicionamiento, calefacción, procesos químicos y producción de energía. La diferencia entre un intercambiador de calor y una cámara de mezclado es que los intercambiadores no se mezclan los fluidos.
Tipos de intercambiadores de calor
Partes de un intercambiador de calor de coraza y tubos
Conducción
Se lleva efecto sobre el agua y el aire cuando ambos están en reposo.
Convección
Superficie expuesta en flujo por un tipo de tiempo que se desplaza sobre la superficie. Cuando hay convección hay conducción y el movimiento de fluidos.
-
Convección Forzada
-
Convección Natural
Radiación
Es la energía emita por ondas electromagnéticas.
Equipo de transferencia de calor
Funciones
que desempeñan en un proceso.
-
Calentadores.
-
Enfriadores: se emplea para enfriar
y es un intercambiador de calor.
Circuito Térmico
Ejercicio 1
Determinar
el área de transferencia de calor.
a)
Flujo paralelo en intercambiador de
tubo y coraza.
b)
Flujo en contracorriente de tubo y
coraza.
c)
Intercambiador a contraflujo de 2
pasos por la coraza y 72 pasos para los tubos.
d)
Flujo transversal
2. Esquema:
a)
3. Cálculos:
1) Objeto
Determinar
la longitud del tubo
2) Esquema:
Ejercicio 1
1.
Objeto
·
Determinar el número de
pasos por el tubo.
·
Determinar el número de
tubo por pasos.
·
Determinar la longitud
de los tubos (L).
2.
Esquema:
1. 4. Conclusión
Obtenemos un valor de 1,61 m de longitud lo cual si cumple con
el valor de L máx. = 2,438 m, también tenemos que el número de pasos será de 2
y el número de tubos es 37.
Ejercicio 2
1.
Objeto
·
Determinar el flujo
másico de la glicerina y rapidez de trasferencia de calor.
1. Objeto
·
Determinar la transferencia de calor (q)
· Determinar (Tsc; Tsf)
Esquema
Condensadores
Son equipos de intercambio de calor, que se
utilizan para generar efecto de refrigeración.
Aplicación en la industria de los condensadores
En la industria son utilizados como refrigeradores, para poder enfriar
fluidos que requieran bajar la temperatura, por ejemplo, en una empresa de
aceite, donde requieren enfriarlo para poder pasar a otro tipo de proceso.
Vaporizadores (Caldera,
Calderín, Hervidor)
Vaporizador
Es un equipo diseñado para facilitar el cambio de un anestésico líquido a su fase de vapor y agregar una cantidad controlada de este vapor al flujo de gases que llega al paciente. están diseñados para generar vapor
Caldera
Es un recipiente metálico
en el que se genera vapor a presión mediante la acción de calor. Sirve para generar vapor para fuerza, procesos
industriales o calefacción; o agua aliente para calefacción o para uso general.
Una caldera es un recipiente cerrado a
presión en el que se calienta un fluido para utilizarlo por aplicación directa
del calor resultante de la combustión de una materia combustible (sólida,
liquida o gaseosa) o por utilización de energía eléctrica o nuclear.
Calderín
El habitualmente denominado como “calderín” es, concretamente,
el depósito en el que se acumula y calienta el agua en un termo eléctrico.
Hervidor
Consiste en una cámara
donde se produce la combustión, con la ayuda del aire comburente y a través de
una superficie de intercambio se realiza la transferencia de calor. Es un
pequeño electrodoméstico utilizado para hervir líquidos, normalmente agua para
preparar té o café. Un hervidor es un tanque calentado que hierve los fluidos
sin procesar, donde los vapores se envían a la torre.
Aplicación de Vaporizadores
Calderas.
Debido al crecimiento y demanda industrial que se ha generado en los
últimos años, las calderas son utilizadas en muchos procesos industriales como
en la producción de alimentos y bebidas, así como en plantas industriales para
la generación de energía eléctrica y en hospitales para la esterilización de
material médico.
Calderín.
Los
vasos de expansión o calderines son elementos imprescindibles en la instalación
de una caldera. Son un elemento que evita el aumento de presión generado cuando
el fluido caloportador que contiene el circuito se calienta. Los vasos de
expansión o calderines son elementos imprescindibles en la instalación de una
caldera.
Hervidor.
Este equipo se utiliza principalmente para cocinar alimentos, hervir
el azúcar, saltear verduras fritura, condimentos, materiales medicinales y
hornear, etc. a menudo se utiliza en los alimentos y procesamiento de alimentos
o la industria química. En el curso de calefacción, revuelva freír. calefacción
eléctrica olla tiene las ventajas de una gran zona de calentamiento, una alta
eficiencia térmica, el rápido calentamiento, el tiempo de hervor corto y la
temperatura de calentamiento.
Evaporadores
Son equipos industriales que se utilizan para poder concentrar soluciones.
Simple
efecto
Son
equipos simples que no son en serie, son un solo evaporador utilizado para poder
concentrar soluciones.
Múltiple
efecto
La
evaporación de efectos múltiples es el proceso en el cual el vapor evaporado
generado se utiliza como suministro de energía térmica para la siguiente fase
de evaporación. Esto se puede repetir varias veces. Para reutilizar el vapor
evaporado, las temperaturas de ebullición y las presiones en la siguiente etapa
deben ser inferiores a las de la etapa anterior.
Aplicación de evaporadores en la industria.
Se utilizan para concentrar un fluido, evaporando uno o más de sus componentes volátiles presentes y son habituales en varios sectores industriales, como la industria química, alimentaria y ambiental, entre otras. Es útil para la concentración de materiales en la industria, como en la medicina tradicional china, medicina occidental, preparación de dextrosa, líquidos orales, química, alimentos, mono sodio, glutamato y producción de leche, etc.
Hornos
de proceso
Es un intercambiador,
donde el intercambiador de calor es liberado proveniente de un combustible,
donde se produce un intercambio atreves de tubos de acero de acero hacia otra
corriente de fluido.
Clasificación
Horno
tipo cilindro vertical.
Son hornos de tubos que están verticalmente, cilíndrica y los quemadores están ubicados en el centro.
Horno
tipo cabina.
Son
tubos ubicados horizontal o verticalmente donde los quemadores pueden estar ubicados
en cualquier parte.
Horno
tipo Platforming.
Los tubo tiene forma de U invertida y se colocan longitudinalmente en una sección tipo cabina con los quemadores bajo los tubo.
Aplicación
de hornos de proceso en la industria.
Pueden tener diferentes objetivos o funciones, para el tratamiento técnico de piezas, sustancias, vidrios, pinturas, fluidos, la utilización es bastante amplia en el mercado.
1. 1. Objeto:
-
Determine
el flujo masico de vapor de calefacción
-
Determine
la economía de funcionamiento del sistema
-
Determine
el área de transferencia de calor
2. 2.Esquema
1. 1.Objeto:
Determinar la razón de transferencia de calor y la condensación de vapor
2. Esquema:
3.
Calculo:
Ejercicio 2
Repita el problema de ejemplo anterior
para el caso de 12 tubos horizontales dispuestos en un arreglo rectangular de 3
tubos de alto y 4 tubos de ancho, como se muestra en la figura
1. 1.Objeto:
- Determinar la razón de transferencia
de calor y la condensación de vapor
2. 2. Esquema:
Ejercicio 3
Se va a condensar vapor de
agua de una planta generadora a una temperatura de 30°C, con agua de
enfriamiento de un lago cercano, la cual entra en los tubos del condensador a
14°C y sale a 22°C. El área superficial de los tubos es de 45 m2 y el
coeficiente de transferencia de calor total es de 2 100 W/m2 · °C. Determine el
gasto de masa necesario de agua de enfriamiento y la razón de la condensación
del vapor en el condensador.
1) 1. Objeto:
-
Determinar el flujo másico de H2O de enfriamiento.
-
Determinar la razón de condensación del vapor.
2) 2. Esquema:
Datos:
1) 3.Cálculos:
1) 5.Conclusión:
El
flujo másico de H2O es de 0,45Kg/s y la razón de condensación del vapor es de
32,6Kg/s.
Transferencia de masa
Ejercicio
Determinar el peso
molecular del aire, considerando que este está compuesto de las siguientes
fracciones volumétricas (fracción molar).
Ejercicio
Determinar el flujo
molar de difusión del agua a través del aire a 20°C y a presión atmosférica de
la ciudad de Quito a través de una capa de difusión de 5cm.
4) Conclusión: El flujo molar de la difusión molecular natural es de 6,81x10-7 kmol/m2 s
Esquema de Adsorción
Esquema de la
Extracción
Esquema de Separación
por membrana.
Esquema de Destilación
1. Esquema
2.
Cálculos
y datos
Ejercicio 2
Se
desea absorber 90% de la acetona de un gas que contiene 1.0% mol de acetona en
aire en una torre de etapas a contracorriente. El flujo gaseoso total de
entrada a la torre es 30.0 kg mol/h, y la entrada total de flujo de agua pura
que se usará para absorber la acetona es 90 kg mol H20/h. El proceso operará
isotérmicamente a 300 K (80 °C) Y a presión total de 101.3 kPa. La relación de
equilibrio para la acetona (A) en el gas-líquido es YA = 2.53xA. Determine el
número de etapas teóricas requeridas para esta separación.
1.
Objeto
·
Determine el número de etapas teóricas.
2.
Esquema
1.
Cálculos y datos
A -> acetona
B -> aire
C -> agua
Absorción del 90% de A
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