MONOGRAFIA DE TRANSFERENCIA DE CALOR

INTERCAMBIADOR DE CALOR

PROFESOR: ING. MANUEL VILLAVICENCIO CHAVEZ ALUMNO: ROSAS RETUERTO LUIS FELIPE CODIGO: 20122170B SECCION: C

2015-I

INTERCAMBIADOR DE CALOR

INTRODUCCION

Un intercambiador de calor es un dispositivo diseado para transferir

calor de un fluido a otro, sea que estos estn separados por una barrera o

que se encuentren en contacto. Son parte esencial de los dispositivos de

refrigeracin, acondicionamiento de aire, produccin de energa y

procesamiento qumico.

Los intercambiadores de calor compactos son comnmente usados en los

procesos industriales de Ventilacin Calentamiento, Refrigeracin y

tambin de Aire acondicionado, debido a su economa, construccin y

operacin.

Un intercambiador tpico es el radiador del motor de un automvil, en el

que el fluido refrigerante, calentado por la accin del motor, se refrigera

por la corriente de aire que fluye sobre l y, a su vez, reduce la

temperatura del motor volviendo a circular en el interior del mismo.

Seccin de un intercambiador de calor de tipo haz tubular.

MONITOREO DE INTERCAMBIADORES DE CALOR

INTRODUCCIN

Durante condiciones de operacin normal de un intercambiador de calor, a

menudo las superficies de transferencia estn sujetas a una disminucin

de eficiencia en la transferencia de energa calorfica por suciedad

(acumulacin de material no deseable en la superficie de transferencia de

calor del intercambiador de calor).

Por lo que el monitoreo del coeficiente de transferencia de calor U, permite

evaluar el desempeo (eficiencia en la transferencia calorfica) del proceso

y determinar el momento en que existe la necesidad de un mantenimiento

preventivo o correctivo.

DESCRIPCIN DEL PROCESO DE INTERCAMBIO DE CALOR:

La transferencia de calor desempea un papel importante en muchos

procesos industriales, siendo su uso muy extenso en reas como:

petroqumica, metalrgica, refrigeracin, plantas nucleares, procesos

qumicos, etc.

El intercambiador de calor es un equipo que sirve para transferir energa

calorfica entre dos fluidos a diferentes temperaturas y se basa en tres

mtodos para efectuar la transmisin del calor: conduccin, conveccin y

radiacin. De acuerdo al modo de operacin, existen tres tipos bsicos de

intercambiadores de calor: recuperativo, regenerativo y evaporativo.

DESCRIPCIN DEL SISTEMA.

El CENIDET cuenta con una planta piloto de intercambio de calor (ver

Figura 1) con la instrumentacin necesaria para disear y desarrollar

algoritmos de control para intercambiadores de calor, as como, sensores

virtuales basados en observadores de estado no lineales para estimar el

coeficiente de transferencia de calor.

Figura1. Panel frontal del sensor virtual

Un sensor virtual puede definirse como la asociacin entre un sensor

(hardware) y un observador de estado (software); un observador de estado es un

sistema dinmico que es capaz estimar o reconstruir los estados de un sistema a

partir de las mediciones fsicas de las variables de entrada y salida del sistema.

En el sistema de monitoreo se tienen tres tareas importantes: la primera se

encarga de la adquisicin de datos, una segunda ejecuta el sensor virtual y

por ltimo la tercera tarea permite almacenar los datos.

Para la tarea de adquisicin de datos se decidi utilizar una tarjeta de

adquisicin de datos USB por ser un dispositivo de E/S de bajo costo, alta

funcionalidad y fcil instalacin. Adems, es importante mencionar que se

logra una integracin con LabVIEW de manera directa y sencilla, lo cual

nos permite dedicar poco tiempo a la adquisicin de datos y el resto

enfocarlo principalmente a la solucin de nuestro problema.

El sensor virtual que se ejecuta en la segunda tarea, se desarrollo

mediante bloques MATLAB Script de LabVIEW; este bloque permite

ejecutar scripts de MATLAB utilizando la tecnologa ActiveX. Dicho

sensor lee las variables de entrada de temperatura fra (Tci) y caliente (Thi),

la variable de salida de temperatura fra (Tco), as como, los flujos

volumtricos de agua fra y caliente. A partir de stas y en base al modelo

matemtico del proceso, el algoritmo del sensor virtual puede estimar el

coeficiente de transferencia de calor U.

La tarea de almacenar datos se realiza para generar un reporte de las

variables y el parmetro del proceso (Tci, Thi, Tco, Tho, U) en formato

Excel. Esto se logr utilizando el VI Express Write LabVIEW Measurement

File.

En el panel frontal del sensor virtual se despliega la informacin

grficamente de: las temperaturas de salida reales del proceso, las

temperaturas de salida y el coeficiente de transferencia de calor que estima

el sensor virtual.

De igual manera se cuenta con una barra de controles para introducir los

parmetros del proceso y observador, as como, controles para ejecutar

cada una de las tareas mencionadas anteriormente.

CONCLUSIONES.

El sistema de monitoreo y registro desarrollado en LabVIEW permite

concluir lo siguiente.

1. Se cuenta con un sistema de monitoreo en lnea para

intercambiadores de calor utilizando sensores virtuales basados en

observadores no lineales, con la finalidad de evaluar el desempeo del

proceso y determinar el momento en que existe la necesidad de un

mantenimiento preventivo o correctivo

2. Utilizar el software LabVIEW de manera conjunta con la tarjeta de

adquisicin de datos USB-6008 ofrece una solucin econmica y flexible

para que los estudiantes lleven a cabo sus proyectos.

3. Para el caso de est aplicacin el uso de VI Express para la

adquisicin de datos y para generar reportes de las variables del proceso,

facilita la programacin y disminuye el tiempo de la misma.

4. LabVIEW permite reutilizar los m-file scripts creados con el software

MATLAB dentro del diagrama a bloques del VI, lo cual hace que no tenga

que empezar desde cero nuestra aplicacin.

MTODOS GENERALES DE DISEO DE EQUIPOS DE

INTERCAMBIO

OBJETIVO

Clculo del rea de transferencia del equipo de intercambio

MTODOS DE DISEO

Mtodo de F-DTLM

Mtodo efectividad-nmero de unidades de transferencia (e-NTU)

ECUACIN DE TRANSFERENCIA DEL EQUIPO DE

INTERCAMBIO

Mtodo de F-DTLM

Q = UA. (F .DTLM)

Mtodo -NTU

Q = .Qmax

MTODO F-DTLM

OBTENCIN DEL FACTOR F

MTODO -NTU

MONOGRAFIA DE INVESTIGACION DE

INTERCAMBIADORES

El vapor recalienta 75 Tm de vapor por hora a la presin de 20 Atm desde

la temperatura de saturacin, a la final de 500C aprovechando el calor de

los humos de la combustin que llegan al recalentador con una

temperatura de 850C y salen del mismo a 635C.

Los tubos que conforman el recalentador, estn dispuestos en forma

regular; el dimetro interior de los tubos es de 50 mm y el dimetro

exterior es de 60 mm.

Su conductividad trmica es de 60 Kcal/m h C. La velocidad media de los

humos es de 6 m/seg la velocidad media del vapor recalentado de 10

m/seg.

Las propiedades medias del vapor recalentado son:

Flujo por el interior de los tubos (Vapor recalentado)

Flujo por el exterior de los tubos (Humos):

En este caso la longitud total de los tubos necesarios para el

recalentamiento seria 12300m la longitud de cada tubo seria 6.42m