PROYECTO DEL SEGUNDO PARCIAL-INTERCAMBIADORES DE CALO R
1.
INTRODUCCIÓN
Dentro de una industria, los
procesos de transferencia de calor se realizan en equipos conocidos, como los
intercambiadores de calor, en el cual los mecanismos de transferencia de calor
que interviene son únicamente el mecanismo de convección y conducción.
Un intercambiador de calor es un
equipo que tiene como objetivo llevar una corriente de fluido a una temperatura
determinada calentándola o refrigerándola mediante otra corriente de fluido
calefactor o refrigerante. Los cuales circulan separados por una
superficie a través de la cual intercambian calor. En la diferencia
de temperaturas entre ambas corrientes de fluidos,
cuanto mayor sea esa diferencia de temperaturas,
tanto mayor será la velocidad de transmisión de calor y con
respecto a la superficie que separa a los fluidos,
cuanto mayor sea esta área mayor será la cantidad
de calor que puede transferirse.
Se han desarrollados muchos tipos
de intercambiadores de calor para ser usados en variados grados de tamaños y de
sofisticación tecnológica, como plantas de vapor, plantas de procesamiento
químico, calefacción, acondicionamiento de aire, refrigeradores domésticos,
radiadores de automóviles, radiadores y vehículos espaciales, etc. Entre los
tipos de intercambiadores más simples se encuentra el intercambiador de calor
de un paso por el tubo y dos por la coraza. Ya que posee un mecanismo sencillo
en comparación a lo demás tipo de intercambiadores que existen dentro de una
industria.
JUSTIFICACIÓN
El análisis del funcionamiento de
un intercambiador de calor es vital para el ingeniero industrial en formación,
la comprensión y evaluación de los conocimientos adquiridos sobre el tema es de
gran importancia en el medio laboral, su dominio nos asegura tener las
competencias para enfrentar este tipo de problemas en la práctica. Con el
presente trabajo se busca la vinculación de lo académico con lo práctico, fundamental
para consolidar y aprovechar los aportes de la ciencia y contribuir al
desarrollo e investigación.
El interés y la importancia de lo
ya expuesto argumentan el abordaje de la temática y desarrollo de la
problemática planteada dentro de la industria de aceites y grasas vegetales.
Se considera esta actividad como
practicable porque contamos con los implementos necesarios para su demostración
de una forma sencilla y comprensible. De acuerdo a lo expuesto, se deduce que
proyecto es conveniente por su proceso de experimentación educativo, ya que
genera desarrollo para alimentar los conocimientos en la materia de operaciones
unitarias
FUNDAMENTOS TEORICOS
Transferencia de calor
Proceso por el que se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura. El calor se transfiere mediante convección, radiación o conducción. Aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos.
Definición de Calor
El
calor es definido como la forma de energía que se puede transferir de un
sistema a otro debido a la diferencia de temperatura.
El estudio del calor, a nivel de la
ingeniería, se suele realizar en dos enfoques diferentes: el termodinámico y el
de la transferencia de calor. El enfoque termodinámico determina, que el calor
se puede transferir mediante las interacciones de un sistema con sus
alrededores; el enfoque termodinámico trata los estados finales y de los
estados de equilibrio durante el cual ocurre una interacción y no proporciona
información alguna sobre el área de la transferencia de energía o el tiempo en
el cual ocurre.
Por otro lado, la transferencia de calor se
ocupa de los sistemas en los cuales no se presenta el equilibro térmico, el
cual es requisito básico para que exista dicha trasferencia es la diferencia de
temperatura.
Mecanismos básicos de
transferencia de calor
Conducción
Por
este mecanismo, el calor puede ser conducido a través de sólidos, líquidos y
gases. La conducción se verifica mediante la transferencia de energía cinética
entre moléculas adyacentes. En un gas las moléculas “más calientes”, que tienen
más energía y movimiento, se encargan de impartir energía a moléculas
colindantes que están a niveles energéticos más bajos. Este tipo de
transferencia siempre está presente, en mayor o menor grado, en sólidos,
líquidos y gases en los que existe un gradiente de temperatura. En la
conducción la energía también se transfiere por medio de electrones
“libres”, un proceso muy importante en los sólidos metálicos. Entre los ejemplos en los que la transferencia se verifica ante todo por conducción, se cuentan la transferencia a través de paredes o intercambiadores de una nevera, el tratamiento térmico en el forjado de acero, la congelación del suelo durante el invierno, etcétera.
Números adimensionales
Para
el experimento que se pretende realizar con este trabajo, una de las prácticas
previstas es la de la determinación de números adimensionales en específico los
siguientes números
Número
de Reynolds (Re)
Es
un número adimensional utilizado en mecánica de fluidos para caracterizar el
movimiento de un fluido. El número de Reynolds se puede definir como la
relación entre las fuerzas inerciales y las fuerzas viscosas presentes en un
fluido.
Número
de Prandtl (Pr)
Se
define como la relación entre la viscosidad cinemática y la difusividad de
térmica.
Número
de Nusselt (Nu)
Es
un número adimensional que mide el aumento de la transferencia de calor desde
una superficie por la que un fluido actúa por convención comparada con la
transferencia de calor si ocurriera solamente por conducción.
Equipo utilizado para la
transferencia de calor
intercambiador
de calor
Los intercambiadores de calor son
aparatos que facilitan el intercambio de calor entre dos fluidos que se
encuentran a temperaturas diferentes y evitan al mismo tiempo que se mezclen
entre sí. En la práctica, los intercambiadores de calor son de uso común en una
amplia variedad de aplicaciones, desde los sistemas domésticos de calefacción y
acondicionamiento del aire hasta los procesos químicos y la producción de
energía en las plantas grandes. Los intercambiadores de calor difieren de las
cámaras de mezclado en el sentido de que no permiten que se combinen los dos
fluidos que intervienen.
En
un intercambiador la transferencia de calor suele comprender convección en cada
fluido y conducción a través de la pared que los separa. En el análisis de los
intercambiadores de calor resulta conveniente trabajar con un coeficiente total
de transferencia de calor U que toma en cuenta la contribución de todos estos
efectos sobre dicha transferencia. La razón de la transferencia de calor entre
los dos fluidos en un punto dado a un intercambiador depende de la magnitud de
la diferencia de temperatura local, la cual varía a lo largo de dicho
intercambiador.
DESCRIPCION
DEL CASO
En
una empresa de aceites y grasas se necesita aumentar la temperatura de 30°C a
37 °C para el proceso de refinado de aceites y grasas. Para lograr esa
temperatura en el intercambiador de calor, se utilizará agua a 100°C para dicho
proceso, esa misma agua es llevada por efecto de gravedad en tubos hasta el
intercambiador de calor, debido a ese transporte hizo que cediera calor al medio
ambiente y a la tubería, lo que hizo que ahora ya tuviera una temperatura de
90°C, la cual irá directo a la carcasa del equipo, para así llegar al aumento
de temperatura del agua para el proceso de refinado.
Esquema del intercambiador
Esquema completo del sistema de
intercambio de calor.
BIBLIOGRAFIA Y WEBGRAFIA
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Transferencia de Calor, Capítulo 8. Intercambiadores de Calor, 6ª Edición,
Thomson Editores Spain, Madrid, 2001.
Díaz Yumar (23 de Junio del
2011). Intercambiador de calor
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(2016) Aspectos básicos de los intercambiadores de calor, recuperado de: https://es.calameo.com/books/00258232875f4d60b69b3
Resendiz Sergio
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(2012) Tipos de intercambiadores de calor, recuperado de: http://epsem.upc.edu/intercanviadorsdecalor/castella/tubs_concentrics.html
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