PROGRAMA DEL CURSO DE
DISEÑO Y OPTIMIZACIÓN DE INTERCAMBIADORES DE CALOR

Tema 1: Introducción

1.1 	Definición de intercambiador. Ejemplos de aplicaciones en equipos y sistemas  	térmicos.

1.2 	Clasificación de los intercambiadores de calor según: la forma en que interaccionan 	las corrientes; 	la configuración de flujo; el tipo de construcción y objetivos 	tecnológicos; el tipo de fluidos que 	intervienen; los mecanismos de transferencia de 	calor que los caracteriza. 

1.3	Consideraciones y criterios generales de diseño. 

 

Tema 2: Bases teóricas para el diseño térmico e hidráulico

2.1 	Predicción del comportamiento térmico e hidráulico de los intercambiadores de calor: 	ecs. 	Características; planteamiento de la problemática de resolución; diferentes 	niveles de modelización. 

2.2 	Modelos analíticos: Resolución de situaciones concretas: intercambiador de flujo 	paralelo equicorriente y contracorriente; intercambiador de pasos múltiples; 	intercambiador de flujos cruzados; etc. Método MTLD, E-NTU. 

	2.3 	Modelos numéricos: 
•	Modelos numéricos de tipo integral basados en correlaciones empíricoexperimentales para la evaluación de la fricción y de la transferencia de calor entre las paredes sólidas y los fluidos. Aplicación a casos de configuraciones unidimensionales y multidimensionales de flujo en situaciones de régimen permanente y transitorio. 
•	Modelos numéricos de tipo diferencial; ecs. promediadas de Navier-Stokes; modelos de turbulencia; algoritmos de resolución numérica. 

	Tema 3: Intercambiadores de doble tubo 

3.1 	Introducción: descripción general; ámbito de aplicación; ventajas y desventajas 	operacionales. 

	3.2 	Diferentes configuraciones de flujo; diferencia efectiva de temperaturas. 

	3.3 	Evaluación de los coeficientes de transferencia de calor y de fricción en el interior del 	tubo y en el 	anulo para los casos no aletados y de tubos aletados. Coeficiente global 	de transferencia de calor. 
	3.4 	Esquema de diseño por métodos analíticos. 
	3.5 	Resolución por criterios numéricos.  Ejemplos de aplicación numérica. 

Tema 4: Intercambiadores de coraza y tubos.  Flujos sin cambio de fase 

4.1 	Introducción: Descripción general de los equipos y de sus componentes. Ventajas y desventajas operacionales. Normas de diseño. 
	4.2 	Método simplificado de diseño de K. J. Bell 
4.3 	Diferentes niveles de modelización: métodos integrales (Kern, Donohue); modelo de 	corrientes de 	Tinker (aproximación analítica de Tinker; método semianalítico de 	Bell-Delaware; método de 	análisis de corrientes de Palen y Taborek); 	modelizaciones numéricas. 
	4.4 	Método de Bell-Delaware (flujo sin cambio de fase). 
•	Definición de parámetros de diseño. Recomendaciones de diseño. Caracterización geométrica. 
•	Evaluación de los coeficientes de transferencia de calor y de fricción. 
•	Esquema general de diseño. Ejemplos prácticos de aplicación. 

	Tema 5: Condensadores de carcasa y tubos 

5.1 	Introducción. Tipos, características y criterios de selección. 
	5.2 	Mecanismos de condensación. 
•	Evaluación de la transferencia de calor en el interior de tubos (horizontales y verticales) y en el exterior de haces de tubos (horizontales y verticales); presencia de gases no condensables; mezclas de vapores. 
• Evaluación de la pérdida de carga en el interior de los tubos y en la carcasa. 
5.3 	Diferencia efectiva de temperaturas: Casos de condensación no isoterma y/o con  	coeficientes  	globales de transferencia de calor no uniformes. Condensador 	subenfriador. 
	5.4 	Metodología de diseño. Ejemplos de aplicación. 

Tema 6: Evaporadores y Hervidores 

6.1 	introducción. Clasificación de los evaporadores y de los hervidores; 	características generales y criterios de selección. 
	6.2 	Mecanismos de ebullición. 
•	Transferencia de calor por ebullición de recipientes. Ebullición en el exterior de tubos y haces de tubos. 
•	Flujo bifásico en el interior de tubos horizontales y verticales: evaluación de la transferencia de calor y de la pérdida de carga. 
6.3 	Criterios y metodología de diseño de situaciones concretas: evaporador de tubos 	largos; hervidores tipo TEMA K;...

Tema 7: Intercambiadores de placas 

7.1. 	Introducción. Descripción, tipos y áreas de aplicación. Ventajas y desventajas 	operacionales. 
	7.2. 	Posibles configuraciones de flujo. Diferencia efectiva de temperaturas. 
7.3. 	Evaluación de coeficientes de transferencia de calor y de fricción en situaciones de 	flujos sin cambio de fase. Evaluación de los coeficientes de transferencia de calor 	y de 	fricción en situaciones con cambio de fase. 
	7.4. 	Esquema general de diseño. Ejemplos de aplicación. 

Tema 8: Intercambiadores compactos 

8.1 	Introducción. Tipos y características generales. Ventajas y desventajas operacionales. 	Áreas de aplicación. 
8.2 	Caracterización geométrica de las superficies. Correlaciones empírico- experimentales 	para la 	evaluación de la transferencia de calor y de la pérdida de carga. 
8.3 	Metodología convencional de diseño; ejemplos de cálculo. Modelizaciones numéricas; 	influencia de no uniformidad del flujo en las zonas de entrada; propiedades físicas 	variables; análisis transitorios. 

Tema 9: Regeneradores 

9.1. 	Introducción. Tipos y características generales. Detalles constructivos. Características 	de los materiales empleados. Ventajas y desventajas operacionales. Áreas de 	aplicación. 
	9.2. 	Modelos matemáticos desarrollados. 
•	Planteamiento de hipótesis simplificatorias y obtención de las ecuaciones diferenciales gobernantes. Análisis dimensional: método -NTUo y método A-r; soluciones para los casos de flujo en contracorriente y equicorriente. Influencia de la transferencia de calor por conducción en el material; influencia de fugas; 
•	Métodos de resolución numérica por diferencias y/o elementos finitos. Análisis de situaciones bajo hipótesis menos restrictivas que la asumida en el apartado anterior. Análisis transitorios. 

	9.3 	Evaluación de los coeficientes de transferencia de calor y los coeficientes de fricción. 
	9.4. 	Metodología de diseño. Ejemplos de aplicación. 

Bibliografía básica: 

Libros básicos de transferencia de calor y de masa: 

(0.1) E.R.G.ECKERT, M.DRAKE, "Analysis of Heat and Mass Transfer", McGraw-HilI, New York, 1972. 

(0.2) H.GRÖBER, S.ERK, V.GRIGULL, "Transmisión de calor", Selecciones Científicas, Madrid, 1967. 

(0.3) V.ISACHENKO, V.OSIPOVA, A.SUKOMEL, "Transmisión del calor", Marcombo, 	Barcelona, 1973. 

(0.4) W.H.McADAMS, "Transmisión de calor", CECSA, México, 1967. 

(0.5) N.ÖZISIK, 'Transferencia de calor", McGraw-Hill Latinoamérica, Bogota, 1979. 

(0.6) H.Y.WONG, "Handbook of Essential Formulae and Data on Heat Transfer for Engineers", Logman, London, 1977. 

(0.7) S.V.PA TANKAR, "Numerical Heat Transfer and Fluid Flow", McGraw-Hill, New- York, 1980. 

(0.9) T.CEBECI, P.BRADSHA W, "Physical and Computational Aspects of Convective Heat Transfer", Springer-Verlag, New York, 1984. 

(0.8) \V.J.MINKOWYCZ, E.M.SPARRO\V, G.E.SCHNEIDER, R.B.PLETCHER (ed), "Handbook of Numerical Heat Transfer", John Wiley & Sons, Inc., New York, 1988. 

(0.10) S.KAKAÇ, A.E.BERGLES, F.MAYINGER (Editors), "He3t Exchangers. ThermalHydraulic Fundamentals and Design", Hemisphere Publishing Corporation, \Washington, 1981. 

(0.11) E.U.SCHLUNDER et al. (Editors), "Heat Exchanger Design Handbook: Vol I: Heat Exchanger Theory; Vol II: Fluid Mechanics and Heat Transfer; Vol In: Them1a1 and Hydraulic Design; Vol IV: Mechanical Design; Vol V: Physical Properties", I-kmi5phere Publishing Corporation, Washington, 1983. 

(0.12) J.TABREK, G.F.BEWITT, N.AFGAN, "Heat Exchangers. Theory and Practice", Hemisphere Publishing Corporation, Washington, 1983. 

(0.13) D.Q.KERN, "Procesos de transferencia de calor", Compañía Editorial Continental, México, 1965. 

(0.14) R.GREGORIG, "Cambiadores de calor", Ed.Urmo, Bilbao, 1968. 

(0.15) A.P.FRAAS, M.N.ÖZISIK, "Heat Exchanger Design", John Wiley & Sons, New York, second edition, 1989. 

(0.16) V.GANAPA THY, "Applied Heat Transfer", Penn Well Books, Tulsa, 1982. 

Revistas: 

(0.17) Journal of Heat Transfer (ASME) 

(0.18) Int. Journa1 of Heat and Mass Transfer (Pergamon Press) 

(0.19) Heat Transfer Engineering (Hemisphere Publishing Corporation) 

(0.20) Numerical Heat Transfer, Part A: Applications (Taylor & Francis)