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**Mecanismos de transferencia de calor. ** ==== En la vida cotidiana como en los procesos se observan frecuentemente los mecanismos de transferencia de calor, que son: conducción, convención y radiación. En la imagen podemos observar tales mecanismo, en primera instancia el sol emite calor de ondas electromagneticas o [|radiación], después ese calor se transporta por medio de un fluido, en este caso el aire es decir por [|convección] y finalmente el calor generado se transfiere a la pared generandose una [|conducción de calor]. (Nota: ====

====//A continuación veremos los fundamentos de los mecanismos de trasferencia de calor que te permitirán aplicarlos en la vida cotidiana. Es decir tendras la capacidad de poder determinar la cantidad de calor necesario en un proceso (intercambiador de calor) a través de cálculos aplicando las leyes del mecanismo correspondiente, para que generes un reporte o base de cálculos (resultado de aprendizaje). Para lograr lo anterior, seguiremos la siguiente metodología de trabajo: se explicarán los conceptos de los mecanismos de transferencia de calor; a través de un ejemplo se obtendrán, aplicando el mecanismo apropiado, las tasas de trasferencia de calor en un intercambiador, lo anterior, finalmente nos dará los elementos que conforman el reporte o base de cálculos.//====


 * Cambiadores de Calor.**

====Los intercambiadores de calor son aparatos que facilitan el intercambio de calor entre dos fluidos que se encuentran a temperaturas diferentes y evitan al mismo tiempo que se mezclen entre si. En la práctica los intercambiadores son de uso común en una amplia variedad de aplicaciones, desde los sistemas domésticos de calefacción y del aire acondicionado, hasta los procesos químicos y la producción de energía en las plantas grandes.==== ====Por ejemplo, en un radiador de automóvil el calor se transfiere del agua caliente que fluye por los tubos de ese radiador hacia el aire que fluye a través de placas delgadas muy cercanas entre sí que se encuentran en los exteriores sujetos a dichos tubos. En un intercambiador la transferencia de Calor suele comprender convección en cada fluido y conducción a través de la pared que los separa.==== ====En el análisis de los intercambiadores de calor resulta conveniente trabajar con un coeficiente de transferencia de calor total U que toma en cuenta la contribución de todos estos efectos sobre dicha transferencia. La velocidad de transferencia de calor ente los dos fluidos en un lugar dado a un intercambiador depende de la magnitud de la diferencia de temperatura local, la cual varia a lo largo de dicho intercambiador, también suele ser conveniente trabajar con la diferencia de temperatura media logarítmica LMTD (siglas en ingles) la cual es una diferencia media equivalente de temperatura entre los dos fluidos para todo el intercambiador. Los intercambiadores se clasifican en varios tipos y también se toma en cuenta el factor de corrección F para tomar en cuenta la desviación de la diferencia de temperatura media logarítmica con respecto a LMTD para algunas configuraciones complejas y se va a considerar el método de efectividad NTU, lo cual permite analizar los intercambiadores cuando no se conocen las temperaturas de los fluidos.====

**Tipos de intercambiadores de calor.**

Las distintas aplicaciones de la transferencia de calor requieren diferentes tipos de accesorios y configuraciones del equipó para dicha transferencia. El tipo más simple de intercambiador de calor consta de dos tubos concéntricos de diámetros diferentes, llamado intercambiador de tubo doble. En este tipo de cambiador uno de los fluidos pasa por el tubo más pequeño, en tanto que el otro lo hace por el espacio anular entre los dos tubos. En un intercambiador de doble tubo son posibles dos tipos de disposición del flujo. Flujo paralelo: los dos fluidos el frio y el caliente, entran en el intercambiador por el mismo extremo y se mueven en la misma dirección. Por otra parte, en el contraflujo los fluidos entran en el intercambiador por los extremos opuestos fluyen en direcciones opuestas. ==== Otro tipo de cambiador de calor es el compacto diseñado específicamente para lograr una gran superficial de transferencia de calor por unidad de volumen. Ejemplo de ello los radiadores del automóvil. Otro tipo es el de casco y tubo estos cambiadores contiene un gran número de tubos ( a veces cientos) empacados en un casco con sus ejes paralelos al de este, uno de los fluidos se mueve por dentro de los tubos y el otro por fuera de estos. Es común la colocación de desviadores en el casco para forzar al fluido a moverse en forma transversal a dicho casco con el fin de mejorara la transferencia de calor, y para mantener un espaciamiento uniforme entre los tubos. Como su tamaño y peso es relativamente grande no se pueden utilizar en aviones y automóviles. En un intercambiador de este tipo los tubos se abren hacia ciertas zonas grandes de flujo, llamadas cabezales, que se encuentran en ambos extremos del casco, en donde el fluido del lado de los tubos se acumula antes de entrar y salir de ellos. ====

====Los intercambiadores de casco y tubos se clasifican todavía más según el número de pasos que se realizan por el casco y por los tubos. Por ejemplo, los intercambiadores en los que todos los tubos forman una U en el casco se dice que son de un paso por el casco y dos pasos por los tubos. De modo semejante a un intercambiador que comprende dos pasos en el casco y cuatro pasos en los tubos se le llama de dos pasos en el casco y cuatro pasos por los tubos.====

**El coeficiente de transferencia de calor total.**

====Por lo común un intercambiador de calor está relacionado con dos fluidos que fluyen separados por la pared solida. En primer lugar, el calor se transfiere del fluido caliente hacia la pared por conducción, y por último de la pared hacia el fluido frio de nuevo por convección. Cualesquiera efectos de la radiación suelen incluirse en los coeficientes de transferencia de calor por convección.==== ====La red de resistencias térmicas asociada con este proceso de transferencia de calor contiene dos resistencias a la convección y una a la conducción. En este caso los subíndices i y o se refieren a las superficies interior y exterior del tubo interior. Para un intercambiador de tubo doble se tiene Ai = π Di*L y Ao = D0*L==== En donde k es la conductividad térmica del material de la pared y L es la longitud del tubo. Entonces la resistencia térmica total queda. Ai es el área de la superficie interior de la pared que separa los dos fluidos y A0 es el área de la superficie exterior de esa misma pared. En otras palabras Ai y A0 son las aéreas superficiales de la pared de separación mojada por los fluidos interior y exterior respectivamente. Cuando uno de los fluidos fluye adentro de un tubo circular y el otro afuera de este, se tiene y

====En el análisis de los intercambiadores calor resulta conveniente combinar todas las resistencias térmicas que se encuentran en la trayectoria del flujo e calor del fluido caliente a hacia el frío en una sola resistencia R y expresar la velocidad de la transferencia de calor entre los dos fluidos como====

====En donde U es el coeficiente de transferencia de calor cuya unidad es W/ m2ºC la cual es idéntica a la unidad del coeficiente de convección común h. para el coeficiente de transferencia de calor total se simplifica para quedar:====

**Factor de incrustación.**
====El rendimiento de los intercambiadores de calor suele deteriorarse con el paso del tiempo como resultado de la acumulación de depósitos sobre las superficies de transferencia de calor. La capa de depósitos representa una resistencia adicional para esta transferencia de calor y hace que disminuya la velocidad de la misma en un intercambiador. El efecto neto de estas acumulaciones sobre la transferencia de calor se representa por un factor de incrustación Rf el cual es una medida de resistencia térmica introducida por la incrustación. El factor de incrustación es cero para un intercambiador nuevo y aumenta con el tiempo a medida que se acumulan los depósitos sólidos sobre la superficie del mismo. El factor de incrustación depende de la temperatura de operación y de la velocidad de los fluidos, así como la duración del servicio. La incrustación se incrementa al aumentar la temperatura y disminuir la velocidad.====

**Importante:** en esta pagina, [|transferencia de calor], encontrarás información que te permitira consolidar los conceptos anteriores y una mejor comprension del siguiente ejemplo **Ejemplo:** ====Un aceite lubricante ligero (Cp=2090 j/kgºk) se enfría permitiendo el intercambio de energía con agua en un pequeño intercambiador de calor. El aceite entra y sale del intercambiador de calor a 375ºk y 350ºk, respectivamente y fluye a razón de 0.5 kg/s se dispone de agua a 280ºk en cantidad suficiente para que se utilicen 0.201 kg/s en el enfriamiento. Determinar la temperatura media logarítmica y el área que se requiere para transferencia de calor para una operación. El coeficiente total de transferencia de calor se puede considerar como 250 w/m2ºk, el Cp del agua 4177 j/kgºk.====

Se calcula el calor del aceite primero
Q = m Cp ΔT Q aceite = (0.5 kg/s) (2090 j/kgºk) (375-350ºk) = 26,125 j/s o watts Q aceite = Q agua, 26,125 j/s = (0.201 kg/s) (4177 j/kgºk) (T2 – 280ºk) = 311.1168 ºk

Como ya es tiene las cuatro temperaturas se obtienen los gradientes.
A contraflujo o contracorriente. ΔT = T2-T1 = 350 – 280 ºk = 70 ºk la más alta va a ser ΔT2 ΔT = T2-T1 = 375 – 311 ºk = 64 ºk la más baja va a ser ΔT1 **= 66.95 ºk a contraflujo**

Q = U As ΔTm, A = Q / U * ΔTm A = (26,125 w) / (250 w/m2ºk) * (66.95 ºk) = 1.56 m2 En paralelo. ΔT = T2-T1 = 350 – 311 ºk = 39 ºk la más baja va a ser ΔT1 ΔT = T2-T1 = 375 – 280 ºk = 95 ºk la más alta va a ser ΔT2

**= 62.89 ºk paralelo**

Q = U As ΔTm, A = Q / U * ΔTm A = (26,125 w) / (250 w/m2ºk) * (62.89 ºk) = 1.66 m2

Los cálculos anteriores conforman lo que se conoce la base de cálculos en los mecanismos de transferencia aplicados un intercambiador de calor.

 * Recursos:**

Wikipedia (esta herramienta web 2.0 permite al alumno encontrar de una manera rápida los conceptos necesarios para la comprensión de su lectura, además que el alumno puede participar en el enriquecimiento de tal recurso)

Escaparate (slideshare.net, permite al alumno reforzar los conocimientos adquiridos en la aula, y a participar en la mejora del recurso)


 * Instrumento de evaluación.**

Práctica