En los sistemas mecánicos, químicos,
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 intercambiador de calor es un componente
que permite la transferencia de calor de un fluido (líquido 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 frío mediante un
fluido con mayor temperatura.
• Reducir la temperatura de un fluido
mediante un fluido con menor temperatura.
• Llevar al punto de ebullición a un
fluido mediante un fluido con mayor temperatura.
• Condensar
un fluido en estado gaseoso por medio de un fluido frío.
•
Llevar al punto de ebullición a un fluido mientras se condensa un fluido
gaseoso con mayor temperatura.
El objetivo de esta sección es
presentar los intercambiadores de calor como dispositivos que permiten remover
calor de un punto a otro de manera específica en una determinada aplicación. Se
presentan dos tipos de intercambiadores de calor que son:
INTERCAMBIADOR
DE CALOR CONTACTO INDIRECTO
La función de los intercambiadores de
calor de contacto indirecto es la transferencia de calor, donde los fluidos
involucrados deben estar a temperaturas diferentes. Se debe tener en mente que
el calor solo se transfiere en una sola dirección, del fluido con mayor
temperatura hacia el fluido de menor temperatura. En los intercambiadores de
calor contacto indirecto los fluidos no están en contacto entre ellos, el calor
es transferido del fluido con mayor temperatura hacia el de menor temperatura
al encontrarse ambos fluidos en contacto térmico con las paredes metálicas que
los separan. Un intercambiador típico es el radiador del motor de un automóvil,
en el que el fluido refrigerante, calentado por la acción del motor, se
refrigera por la corriente de aire que fluye sobre él y, a su vez, reduce la
temperatura del motor volviendo a circular en el interior del mismo.
Propiedades de estado:
Temperatura:
- · La temperatura de entrada del fluido A (TeA) es mayor a la temperatura de salida (TsA) del mismo fluido.
- · La temperatura de entrada del fluido B (TeB) es menor a la temperatura de salida (TsB) del mismo fluido.
- · La temperatura de entrada del fluido A (TeA) es mayor a la temperatura de entrada del fluido B (TeB).
- · La temperatura de salida del fluido A (TsA) es mayor o igual a la temperatura de salida del fluido B (TsB).
Presión:
- · La presión de entrada del fluido A (PeA) es igual a la presión de salida (PsA) del mismo fluido.
- · La presión de entrada del fluido B (PeB) es igual a la presión de salida (PsB) del mismo fluido.
Ecuación de continuidad:
- El flujo másico de entrada del fluido A es igual al flujo másico de salida del mismo fluido.
- El flujo másico de entrada del fluido B es igual al flujo másico de salida del mismo fluido.
Primera ley de la termodinámica:
Fluido A:
Fluido B:
Fluido
A + Fluido B
Hipervínculos del mantenimiento y diseños de estos dispositivos:
INTERCAMBIADOR
DE CALOR CONTACTO DIRECTO
En este tipo de intercambiador, el calor es transferido por contacto
directo entre dos corrientes en distintas fases (generalmente un gas y un
líquido de muy baja presión de vapor) fácilmente separables después del proceso
de transferencia de energía.
Propiedades
de estado:
Temperatura:
·
La
temperatura de entrada del fluido (Te2) y la temperatura del vapor (Te1)
es diferente a la temperatura de salida (Ts).
Presión:
·
La
presión de entrada del fluido (Pe2) y la
presión del vapor (Pe1)
es igual a la presión de salida (Ps).
Ecuación de continuidad:
El flujo másico de
salida es igual a la suma de los flujos másico de entrada.
Primera ley de la termodinámica:
Hipervínculos del mantenimiento y diseños de estos dispositivos:
Los intercambiadores de calor son esenciales para el correcto funcionamiento de cualquier instalación calorífica.
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