4.MÉTODOS GENERALES DE CÁLCULO DE LOS INTERCAMBIADORES

4.1. Método del factor F

En este método se utiliza un valor de corrección F:

Planteando la ecuación general de paso de calor:

Aislando ∆tm de la primera ecuación:

Se plantean las 2 ecuaciones de balance térmico:

Donde:

q = calor que se transmite de un fluido a otro (J/s)

W₁ = caudal másico del fluido caliente (1) (Kg/s)

W₂ = caudal másico del fluido frío (2) (Kg/s)

Cp₁= capacidad calorífica del fluido caliente (1) (J/Kg·K)

Cp₂ = capacidad calorífica del fluido frío (2) (J/Kg·K)

T_1i= temperatura inicial del fluido caliente (1) (K)

T₁₀ = temperatura final del fluido caliente (1) (K)

T_2i = temperatura inicial del fluido frío (2) (K)

T₂₀ = temperatura final del fluido frío (2) (K)

U = coeficiente de convección (KJ/h·m²K)

A = área del paso de calor ( m²)

∆Tm = Diferencia de temperaturas medias logarítmicas

Con las ecuaciones 1, 2 y 16 se pueden encontrar las variables necesarias para encontrar el valor de F gráficamente.

Este valor de corrección F es función de R, P y la configuración (2:1, 1:1, 2:4, etc.).

Donde:

Con las ecuaciones 17 y 18, y la configuración del intercambiador de calor se puede ir al gráfico y encontrar el valor de F.

Nos podemos encontrar dos tipos de problemas:

- PROBLEMA DE DISEÑO.

DATOS:

Con estos datos se podrá encontrar el área (A₀ o A_i).

Los pasos que se tienen que seguir para poder encontrar esta área son los siguientes:

1) Plantear las dos ecuaciones de balance térmico para encontrar la q:

2) Plantear la ecuación general de paso de calor:

Se aísla el área (A₀):

Se aísla el área (A_i):

3) Hacer el diagrama de distribución de temperaturas y calcular ∆tlog.

4) Calcular R i P:

 

 

5) Ir al gráfico y con los dos valores encontrados de R y P, encontrar F, tal y como se muestra a continuación (para un valor calculado de P=0.6 y R=1.0):

6) Finalmente, utilizando la ecuación general de paso de calor se calcularía el área (A₀ o A_i):

- PROBLEMA TÉRMICO.

DATOS:

Con estos datos y utilizando diferentes ecuaciones, se tienen que encontrar las temperaturas finales (T₁₀ y T₂₀).

Estos tipos de problemas se pueden resolver por tanteo siguiendo los siguientes pasos:

- Tanteo con temperaturas (suponiendo T'₁₀ i T'₂₀).

1) Plantear la ecuación general de paso de calor:

2) Hacer el diagrama de distribución de temperaturas y calcular ∆Tlog.

3) Calcular R y P:

 

4) Ir al gráfico y con los dos valores encontrados de R y P, encontrar F, tal y como se muestra a continuación (para un valor calculado de P=0.6 y R=1.0):

5) Con la ecuación general de paso de calor, se encuentra el valor del flujo de calor (q):

6) Plantear las dos ecuaciones de balance térmico para encontrar las temperaturas:

7) Comprobar si los valores encontrados son iguales a los supuestos. Si no es así, se tienen que suponer nuevos valores iniciales y volver a repetir todo el proceso explicado.

- Tanteo con flujo de calor (suponiendo q').

1) Plantear las dos ecuaciones de balance térmico para encontrar las temperaturas:

2) Plantear la ecuación general de paso de calor:

3) Hacer el diagrama de distribución de temperaturas y calcular ∆Tlog.

4) Calcular R y P:

5) Ir al gráfico y con los dos valores de R y P, encontrar F.

6) Con la ecuación general de paso de calor, se encuentra el valor del flujo de calor (q):

7) Comprobar si los valores encontrados son iguales que los supuestos. Si no es así, se tienen que suponer nuevos valores iniciales y volver a repetir todo el proceso explicado.