Transferencia de calor

Diseño Termohidráulico de
Intercambiadores de Calor.
Horario de clases: Martes y Jueves, 10:00-13:00 hrs.
Horario de asesorías: Miércoles de 12:00-14:00 hrs.
Aula: B-306
Trimestre: 13I
Curso: 2122096
Diseño termohidráulico de intercambiadores de calor
Semana:1\Sesión: 1
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• Nombre: Ricardo Morales Rodríguez
– Oficina: T-244
– Correo electrónico: rmro@docencia.izt.uam.mx
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Diseño termohidráulico de intercambiadores de
calor
• Al finalizar será capaz de:
– Reconocer los conceptos y bases fundamentales del diseño
de intercambiadores de calor.
– Identificar los elementos que determinan un buen diseño
en los equipos de intercambio de calor.
– Integrar métodos analíticos y computacionales de equipos
de transferencia de calor y masa.
– Aplicar herramientas computacionales al diseño de
intercambiadores de calor.
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Diseño termohidráulico de intercambiadores de
calor: Objetivos específicos
• Basado en los conocimientos adquiridos en los cursos de transferencia de
calor, termodinámica y fundamentos y modelos de optimización. El
alumno debe ser capaz de identificar, interpretar, describir y utilizar de
manera adecuada los conceptos básicos adquiridos tales como: conceptos
de capacidad calorífica, calor sensible, calor latente, números
adimensionales (Reynolds, Prandt, Nusselt, etc), balances de energía y
masa, etc.
• El alumno aprenderá, identificará, comprenderá y será capaz de describir
los nuevos conceptos básicos para el diseño de intercambiadores de calor
como: media logarítmica de las diferencias de temperaturas, coeficientes
locales y globales de transferencia de calor, significado e interpretación de
temperatura de superficie y calórica, factor de ensuciamiento, etc.
• Conocer, identificar, evaluar y usar adecuadamente cada uno de los
diferentes tipos de intercambiadores de calor tales como:
intercambiadores de doble y múltiples tubos, intercambiadores de calor
de tubo y coraza, condensadores, evaporadores, aeroenfriadores. Además
aprender y implementar los fundamentos básicos para la evaluación
económica de los equipos de intercambio de calor.
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Diseño termohidráulico de intercambiadores de
calor: Objetivos específicos
• Identificar, conocer e interpretar los fenómenos
termodinámicos y de transferencia de calor involucrados
en cada unos de los equipos de intercambio de calor.
• El alumno aprenderá e implementara nuevas
metodologías involucradas en el cálculo y diseño de
intercambiadores de calor como: cálculo de coeficientes
locales y globales de transferencia de calor, cálculo de
caídas de presión, etc.
• Aprender, conocer, identificar e interpretar las variables
principales en el diseño de intercambiadores de calor
como: tamaño (área de intercambio de calor),
configuración interna (número de pasos, número de
tubos, distancia entre deflectores, tipo de arreglo de
tubos, etc.), orientación del equipo (horizontal o
vertical), etc.
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Diseño termohidráulico de intercambiadores de
calor: Objetivos específicos
• Aprender a utilizar e interpretar las tablas, diagramas y
gráficas empleadas para determinar valores numéricos
de propiedades de transporte, termodinámicas,
información de dimensiones y accesorios en los
intercambiadores, etc.
• Los alumnos leerán, analizarán, entenderán y explicarán
al menos dos artículos científicos relacionados con el
cálculo y diseño de intercambiadores de calor.
• Los
alumnos
desarrollarán
herramientas
computacionales para el cálculo y diseño de
intercambiadores de calor: programas implementando
las metodología en lenguajes de programación (Fortran,
MatLab, etc.), hojas de cálculo (Excel), etc. permitiendo
aplicar y reforzar los conocimiento y conceptos sobre el
cálculo y diseño de intercambiadores de calor.
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Diseño termohidráulico de intercambiadores de
calor: Objetivos específicos
• Aprender y comprender los fundamentos básicos de métodos
computacionales alternativos y rigurosos para el cálculo de propiedades
termodinámicas y de transporte necesarias para el cálculo y diseño de
intercambiadores de calor, como: métodos de contribución de grupos,
correlaciones, uso de ecuaciones de estado, etc. Además de las importancia de
dichos métodos alternativos el ser implementados en la herramientas
computacionales desarrolladas.
• Conocer, identificar y utilizar herramientas computacionales disponibles para
el cálculo de intercambiadores de calor, por ejemplo, los unidades de
intercambiadores de calor en simuladores comerciales. Además de aplicar los
conocimiento básicos adquiridos en el inicio y transcurso del desarrollo de la
unidad de enseñanza-aprendizaje; y comparar los resultados al utilizar las
herramientas computacionales comerciales y las desarrolladas durante el
curso.
• Analizar, comprender y resolver un caso de estudio para el diseño de un
equipo de intercambio de calor aplicado a un caso de estudio de actualidad.
Los resultados deben ser escrito y explicados en forma clara y precisa. Los
resultados serán evaluado en forma oral y escrita. La evaluación máxima se
asignará al equipo que mejor defienda su trabajo ante el grupo.
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Contenido del curso
1. Introducción al diseño de intercambiadores de calor.
2. Intercambiadores de doble tubo y múltiples tubos.
3. Intercambiadores de calor de tubo y coraza con flujos de
una fase.
4. Condensadores.
5. Evaporadores.
6. Aeroenfriadores.
7. Ensuciamiento en intercambiadores de calor.
8. Costo de equipos de intercambio de calor.
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Bibliografía recomendada
1. Afgan, N. and E. U Schlünder, Heat exchanger design
and theory sourcebook, Mc Graw Hill Co, 1974.
2. Heat Exchanger Design Handbook, Vol. III, Editors: B.A.
Bodling y M. Prescott, Hemisphere Publishing, 2002.
3. Handbook of Heat Transfer Applications, Editors: W.M.
Rohsenow, J.P. Hartnett. Mc Graw Hill Co, 1985.
4. Kalsac, S., Shah, R. K. y Aung,W., Handbook of Single
Phase Convective, John Wiley and Sons, 1987.
5. Kern, D.Q., Procesos de Transferencia de Calor, John
Wiley and Sons, 1965.
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Dinámica del Curso
1. Para definir los conceptos se empleará principalmente la clase
magistral, complementada con discusión en clase, investigación
por parte de los alumnos y elaboración de resúmenes, reportes o
mapas conceptuales.
2. Para desarrollar la aplicación e interpretación de los conceptos
se empleará principalmente el taller de solución de problemas y
el desarrollo de un proyecto de modelado y simulación de los
equipos de intercambio de calor.
3. Para reforzar, analizar y ampliar conceptos básicos y desarrollar
la capacidad de redacción se recurrirá a lecturas dirigidas y a
elaboración de reportes.
4. Para desarrollar la capacidad de expresión oral presentará al
grupo los resultados y conclusiones de los análisis paramétricos.
Al presentar su trabajo para evaluación, es muy importante que
los alumnos proporcionen interpretaciones correctas de los
resultados, tratando de descubrir implicaciones y conclusiones
que pudieran tener un uso práctico.
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Evaluación
–
–
–
–
La evaluación global consistirá de un mínimo de tres evaluaciones
periódicas de carácter integrador del conocimiento.
Proyecto trimestral, el cual incluye un reporte escrito y presentación o
defensa de los resultados ante el grupo en la última semana de clases.
Los factores de ponderación serán determinados por el profesor del
curso.
Evaluación de Recuperación: La evaluación de recuperación deberá ser
global.
– La copia descubierta en algún trabajo o examen
implica la no acreditación del mismo (la primera
vez) y la no acreditación del curso (la segunda vez).
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POLÍTICAS DEL CURSO
• Puntualidad y asistencia, tanto de alumnos como del
profesor. El horario del curso es Martes y Jueves de
7:00 a 10:00, en el salón B-306.
• Trabajo dentro y fuera de la clase: investigación en
libros, artículos, laboratorio, tareas..., que deberán
ser entregados la fecha, lugar y hora señalados con
antelación.
• Asesorías: Cubículo T-244 en horario Jueves de 15:00
a 17:00.
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Evaluación
Actividades
Porcentajes
Detalles
Exámenes periódicos
60 %
Se aplicarán al menos 3 exámenes.
Desarrollo de programas
computacionales
10 %
Proyecto final
30 %
Se desarrollarán programas computacionales
para la resolución de los distintos tipos de
intercambiadores de calor.
Reporte y presentación. Caso de estudio para
todos.
Examenes periódicos
30%
60%
10%
Desarrollo de
programas
computacionales
Proyecto final
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Evaluación
• Criterios y escalas para asignación de calificaciones :
Calificación
Equivalencia
NA
S
B
MB
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0-5.9
6.0-7.2
7.3-8.5
8.6-10
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Página web
• Dirección: http://docencia.izt.uam.mx/
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Página web
• Dirección: http://docencia.izt.uam.mx/
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Página web
• Dirección: http://docencia.izt.uam.mx/
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Página web
Dirección:
http://docencia.izt.uam.mx/sgpe/Profesor/461
Ricardo-Morales-Rodriguez.html
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Página web
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Facebook
• https://www.facebook.com/ricardo.morales.rodrigue
z.docencia
Buscar como:
ricardo.morales.rodriguez.docencia
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1. Introducción al diseño de
intercambiadores de calor
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Conceptos básicos
• Transferencia de calor: Estudia la velocidad de
intercambio de calor entre un cuerpo caliente y uno
frío llamado fuente y receptor, respectiva.
• Mecanismos de transferencia de calor?
– Conducción
– Convección
– Radiación
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Conceptos básicos
• Conducción:
• Convección:
 ∆T 
∆Q= kA  −

 ∆x 
∆Q = hA∆T
k=
J
s⋅m⋅K
h=
• Radiación:
∆Q= σε A∆T 4
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σ=
J
s ⋅ m2 ⋅ K
J
s ⋅ m2 ⋅ K 4
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Tipos de intercambiadores de calor
• Tubos concéntricos:
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Tipos de intercambiadores de calor
• Tubo y coraza:
http://www.bin95.com/swf/heat-exchangers-basics.swf
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Tipos de intercambiadores de calor
• Tubo y coraza:
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Tipos de intercambiadores de calor
• Tubo y coraza:
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Tipos de intercambiadores de calor
• Plato:
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Tipos de intercambiadores de calor
• Evaporadores:
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Tipos de intercambiadores de calor
• Condensadores:
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Tipos de intercambiadores de calor
• Aletas de enfriamiento:
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Aplicaciones de los intercambiadores
de calor
•
•
•
•
•
•
•
•
Plantas de Refinación
Plantas química
Plantas petroquímicas
Automóviles
Refrigeración
Aviones
computadoras
Etc.
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Operación de intercambiadores de
calor
• Contracorriente
• Paralelo
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Actividad recomendada
• Leer y profundizar en los tipos de intercambio de
calor:
– Conducción
– Convección
– Radiación
• En la sesión del día jueves resolveremos algunos
problemas relacionados con los conceptos
anteriores.
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