Manual de Consulta Intecambiadores de Calor

Manual de Consulta

Intercambiadores de Calor

COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA TÉRMICA GLOBAL Una de las primeras cuestiones a realizar en el análisis térmico de un intercambiador de calor de carcasa y tubos consiste en evaluar el coeficiente de transferencia térmica global entre las dos corrientes fluidas. Se sabe que el coeficiente de transferencia térmica global entre un fluido caliente a temperatura T C y otro frío a temperatura T F separados por una pared plana se define mediante la ecuación: ( ) F C UA T T Q − = • (6) Donde • Q = Transferencia de Calor por unidad de tiempo

1

1

UA

=

=

(7)

h A 1 C

kA 1

h A 1 F

i 3 ∑ = = i 1

+ +

R

i

En el caso de un intercambiador de calor formado por dos tubos concéntricos, Figura 4, el área de la superficie de intercambio térmico es:

Exterior : A Interior : A

2 r L π 2 r L π i

=

⎩ ⎨ ⎧

i

=

e

e

1

UA

=

De forma que, en general:

(8)

e i 2 k L π ln (r /r )

Ci h A 1

h A 1

+

+

i

Fe e

Donde: U = coeficiente total [kcal/h m 2 °C]. h Ci = coeficiente pelicular de convección del lado interno de la superficie [kcal/h m 2 °C]. h Fe = coeficiente pelicular de convección del lado externo de la superficie [kcal/h m 2 °C]. Si el coeficiente de transferencia térmica global viene referido a la superficie exterior A e el valor de U e será:

1

1

U

=

=

(9)

e

i e r ln r ⎜⎜ ⎝ ⎛

⎟⎟ + ⎠ ⎞

i e r ln r ⎜⎜ ⎝ ⎛

⎟⎟ + ⎠ ⎞

Ci h A A e

e 2 kL π A

Ci i h r r e

r

1

1

+

+

e

h

k

h

i

Fe

Fe

Mientras que si viene referido a la superficie interior A i será:

1

1

U

=

=

(10)

i

i e r ln r ⎜⎜ ⎝ ⎛

⎟⎟ + ⎠ ⎞

i e r ln r ⎜⎜ ⎝ ⎛

⎟⎟ + ⎠ ⎞

i 2 kL π A

i A h A

i k r

i r h r

1

1

+

+

h

h

Ci

e Fe

Ci

e Fe

En un proyecto es necesario calcular los coeficientes de transferencia de calor individuales, pero suele ser útil en las estimaciones preliminares el tener un valor aproximado de U, típico de las condiciones que han de encontrarse en la práctica; hay que tener en cuenta que, en muchos casos, el valor de U viene determinado casi completamente por la resistencia térmica en una de las películas fluido/sólido, como sucede, por ejemplo, cuando uno de los fluidos es un gas y el otro un líquido o si uno de los fluidos es un líquido en ebullición con un coeficiente de transferencia térmica muy grande.

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