“CONDENSADOR MULTITUBULAR”

...

- 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.

Los intercambiadores realizan lo anterior sin el contacto físico de las corrientes calientes y frías.

2.2 Intercambio de calor en un condensador.

Los procesos no son 100% efectivos, por lo cual no todo el calor se entrega o extrae al fluido, es por ello que se disipa parte de este a los alrededores del sistema.

Con un balance de energía se puede cuantificar la cantidad entregada al ambiente por la siguiente expresión:

[pic 4] (2.2.1)

Donde :

[pic 5] : Calor perdido [W].

[pic 6] : Calor cedido por el vapor [W].

[pic 7] : Calor absorbido por el agua [W].

[pic 8] : Calor latente del vapor [J/kg].

[pic 9] : Flujo másico de vapor [kg/s].

[pic 10] : Flujo másico de agua [kg/s].

[pic 11] : Calor específico del agua a la temperatura media [J/(kg·K)].

[pic 12] : Temperatura de salida del agua en el tubo [K].

[pic 13] : Temperatura de entrada de agua en el tubo [K].

Es posible obtener el calor perdido o disipado al ambiente teórico, a través de la siguiente expresión:

[pic 14] (2.2.2)

Donde :

[pic 15] : Calor perdido Teórico [W]

[pic 16] : Coeficiente de transferencia de calor por convección libre para el aire. [W·m-2 K-1].

[pic 17] : Área del manto de la carcasa del condensador o intercambiador de calor [m2].

[pic 18] : Temperatura media de la carcasa del condensador o intercambiador de calor [K].

[pic 19] : Temperatura del ambiente del sistema de experimentación [K].

Y el área de manto de la carcasa a través de la expresión:

[pic 20] (2.2.2)

Donde :

[pic 21] : Diámetro exterior de la carcasa. [m].

L : Largo de la carcasa del equipo [m].

Para observar si se obtiene un buen provecho del intercambio de calor que existe en el equipo, se puede obtener una eficiencia, la cual nos permitirá en algunos casos tomar decisiones ante algunos requisitos que pueda exigir la industria. Esta eficiencia se obtiene por la siguiente ecuación:

[pic 22] (2.2.3)

Donde :

[pic 23] : Eficiencia del equipo de intercambio de calor [%]

Cabe mencionar que el coeficiente de calor por convección libre para el aire [pic 24] se obtiene con la siguiente expresión:

[pic 25][1] (2.2.4)

Donde :

Nu : Número de Nusselt= [pic 26]

Gr : Número de Grashof = [pic 27]

Pr : Número de Prandt = [pic 28]

Cp : Calor específico del aire [J∙g-1∙K-1].

[pic 29] : Densidad del aire. [kg∙m-3].

[pic 30] : Viscosidad del aire. [kg∙m-1∙s-1].

k : Conductividad térmica, evaluado a la temperatura de película (Tf) [W·m-1·K-1 ].

g : Constante gravitacional = 9.8 [m∙s-2].

β : Coeficiente de expansión= Tf-1 [K-1].

Las propiedades físicas anteriores son evaluadas a la temperatura de film Tf, que corresponde a la media aritmética entre la temperatura de la carcasa y la del ambiente.

[pic 31] (2.2.5)

2.3 Factor de obstrucción y coeficiente global de transferencia de Calor de Diseño (U0).

Otra característica, que juega un papel importante en el diseño de los intercambiadores de calor, es la obtención del factor de obstrucción (RD) de estos, los cuales se refiere a la resistencia producida por la basura, incrustaciones o literalmente obstrucciones que se depositan en el interior del equipo a lo largo del tiempo, el cual puede ser calculado, influyendo esto en la obtención de los coeficientes globales de transmisión de calor. Es por esto que en la práctica se diseñan intercambiadores de calor con un coeficiente global de transferencia de calor sucio o de diseño (U0), con el cual anticipan el comportamiento del equipo por la existencia de material obstruyente. Este U0 se obtiene a partir de la siguiente relación:

[pic 32] (2.3.1)

Donde :

U0 : Coeficiente global de transferencia de calor sucio o de diseño [W·m2·K].

A10 : Área de transferencia de calor [m2].

FT : Factor de corrección: 1[2]

ΔTMLn : Diferencia media logarítmica de temperatura en contracorriente. [K]

El factor de corrección (FT) depende de la geometría del intercambiador de calor y de las temperaturas de entrada y de salida de los flujos.

Y el área de transferencia de calor es expresada como: