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 diseñado para transferir
calor de un fluido a otro, sea que estos estén separados por una barrera o que se encuentren en contacto. Son parte esencial de los dispositivos de refrigeración, acondicionamiento de aire, producción de energía y procesamiento químico. Los intercambiadores de calor compactos son comúnmente usa dos en los procesos industriales de Ventilación Calentamiento, Refrigeración y también de Aire acondicionado, debido a su economía, construcción y operación. 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.
Sección de un intercambiador de calor de tipo haz tubular.
MONITOREO DE INTERCAMBIADORES DE CALOR
INTRODUCCIÓN Durante condiciones de operación normal de un intercambiador de calor, a menudo las superficies de transferencia están sujetas a una disminución de eficiencia en la transferencia de energía calorífica por suciedad (acumulación 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 desempeño (eficiencia en la transferencia calorífica) del proceso y determinar el momento en que existe la necesidad de un mantenimiento preventivo o correctivo.
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE INTERCAMBIO DE CALOR: La transferencia de calor desempeña un papel importante en muchos procesos industriales, siendo su uso muy extenso en áreas como: petroquímica, metalúrgica, refrigeración, plantas nucleares, procesos químicos, etc. El intercambiador de calor es un equipo que sirve para transferir energía calorífica entre dos fluidos a diferentes temperaturas y se basa en tres métodos para efectuar la transmisión del calor: conducción, convección y radiación. De acuerdo al modo de operación, existen tres tipos básicos de intercambiadores de calor: recuperativo, regenerativo y evaporativo.
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA.
El CENIDET cuenta con una planta piloto de intercambio de calor (ver Figura 1) con la instrumentación necesaria para diseñar y desarrollar algoritmos de control para intercambiadores de calor, así 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 asociación entre un sensor (hardware) y un observador de estado (software); un
observador de estado es
un
sistema dinámico que es capaz estimar o reconstruir los estados de un sistema a partir de las mediciones físicas 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 adquisición de datos, una segunda ejecuta el sensor virtual y por último la tercera tarea permite almacenar los datos. Para la tarea de adquisición de datos se decidió utilizar una tarjeta de adquisición de datos USB por ser un dispositivo de E/S de bajo costo, alta funcionalidad y fácil instalación. Además, es importante mencionar que se logra una integración con LabVIEW de manera directa y sencilla, lo cual nos permite dedicar poco tiempo a la adquisición de datos y el resto enfocarlo principalmente a la solución 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 tecnología ActiveX. Dicho sensor lee las variables de entrada de temperatura fría (Tci) y caliente (Thi), la variable de salida de temperatura fría (Tco), así como, los flujos volumétricos de agua fría y caliente. A partir de éstas y en base al modelo matemático 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 parámetro del proceso (Tci, Thi, Tco, Tho, U) en formato Excel. Esto se logró utilizando el VI Express Write LabVIEW Measurement File. En el panel frontal del sensor virtual se despliega la información gráficamente de: las temperaturas de salida reales del proceso, las temperaturas de salida y el coeficiente de tran sferencia de calor que estima el sensor virtual. De igual manera se cuenta con una barra de controles para introducir los parámetros del proceso y observador, así 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 línea para
intercambiadores de calor utilizando sensores virtuales basados en observadores no lineales, con la finalidad de evaluar el desempeño 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
adquisición de datos USB-6008 ofrece una solución económica y flexible para que los estudiantes lleven a cabo sus proyectos. 3.
Para el caso de está aplicación el uso de VI Express para la
adquisición de datos y para generar reportes de las variables del proceso, facilita la programación 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 aplicación.
MÉTODOS GENERALES DE DISEÑO DE EQUIPOS DE INTERCAMBIO OBJETIVO Cálculo del área de transferencia del equipo de intercambio
MÉTODOS DE DISEÑO •Método
de F-DTLM
•Método
efectividad-número de unidades de transferencia (e-NTU)
ECUACIÓN DE TRANSFERENCIA DEL EQUIPO DE INTERCAMBIO Método de F-DTLM Q = UA. (F .DTLM) Método ε-NTU Q = ε .Qmax
MÉTODO F-DTLM OBTENCIÓN DEL FACTOR F
MÉTODO ε-NTU
MONOGRAFIA DE INVESTIGACION DE INTERCAMBIADORES El vapor recalienta 75 Tm de vapor por hora a la presión de 20 Atm desde la temperatura de saturación, a la final de 500ºC aprovechando el calor de los humos de la combustión que llegan al recalentador con una temperatura de 850ºC y salen del mismo a 635ºC.
Los tubos que conforman el recalentador, están dispuestos en forma regular; el diámetro interior de los tubos es de 50 mm y el diámetro exterior es de 60 mm.
Su conductividad térmica es de 60 Kcal/m h ºC. 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