Diseño térmico-hidráulico de un intercambiador de calor de doble tubo sin y con aletas para el enfriamiento de leche. Parte 1 – Intercambiador de calor sin aletas.
Barra lateral del artículo
Contenido principal del artículo
Resumen
Los intercambiadores de calor de doble tubo (ICDT) han adquirido importancia en años recientes como resultado de su construcción simple, compactación, facilidad de mantenimiento y limpieza, y costos capitales/operación relativamente bajos, con uso extendido en servicios de transferencia de calor que involucren calentamiento y enfriamiento sensible de fluido de proceso. Este artículo tiene como objetivo diseñar un ICDT desde el punto de vista térmico-hidráulico, para determinar su idoneidad y aplicabilidad para enfriar una corriente de leche de vaca liquida usando agua fría como agente de enfriamiento. Varios parámetros de diseño fueron calculados tales como el número total de horquillas (21), área superficial de transferencia de calor (12,92 m2), factor de limpieza (0,752) y porcentaje de sobre superficie (32,96%), los cuales pueden considerarse satisfactorios. También, se requiere un caudal másico de agua fría de 9,32 kg/s, clasificado como elevado. El ICDT diseñado no puede aplicarse satisfactoriamente en el servicio de transferencia de calor demandado debido a que la caída de presión (9 481 246 Pa) del fluido del lado del tubo (agua de enfriamiento) es muy superior que el limite permisible máximo fijado por el proceso (85 000 Pa), lo cual también incrementa la potencia de bombeo requerida para este fluido hacia un valor importante (110,5 kW). El IDCT diseñado costara alrededor de USD $ 45 600 basado en Mayo del 2025.
Detalles del artículo
Sección
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0.
Cómo citar
Referencias
[1] C. Ezgi y Ö. Akyol, "Diseño térmico de intercambiador de calor de doble tubo usado como enfriador de aceite en barcos: un estudio de caso comparativo," Journal of Ship Production and Design, vol. 35, nº 1, pp. 12-18, 2019. http://dx.doi.org/10.5957/JSPD.170009
[2] N. Kocyigit y H. Bulgurcu, "Modelización del coeficiente total de transferencia de calor de un intercambiador de calor concéntrico de doble tubería con datos experimentales limitados mediante ajuste de curvas y combinación ANN," Thermal Science, vol. 23, no. 6A, pp. 3579-3590, 2019. https://doi.org/ 10.2298/TSCI171206111K
[3] N. Kumar y A. Bhandari, "Diseño y análisis térmico de intercambiadores de calor de doble tubería cambiando el caudal másico," International Journal of Science, Engineering and Technology, vol. 10, nº 5, pp. 1-4, 2022.
[4] S. Kotian, N. Methekar, N. Jain y P. Naik, "Transferencia de calor y flujo de fluidos en un intercambiador de calor de doble tubería, Parte I: Investigación experimental," Asian Review of Mechanical Engineering, vol. 9, nº 2, pp. 7-15, 2020. https://doi.org/10.51983/arme-2020.9.2.2482
[5] S. Alhulaifi, "Análisis computacional de transferencia de calor por dinámica de fluidos de intercambiadores de calor y características de flujo de doble tubería usando nanofluido TiO2 con agua" Designs, vol. 8, p. 39, 2024. https://doi.org/10.3390/designs8030039
[6] Rakesh, C. Nallode, M. Adhvaith y A. H. A. Krishna, "Diseño y análisis de rendimiento de intercambiador de calor de doble tubería," International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, vol. 6, nº 7, pp. 12578-12584, 2017. https://doi.org/10.15680/IJIRSET.2017.0607017
[7] Rahman, "Aumento del rendimiento térmico del intercambiador de calor de doble tubería - Una revisión crítica," Journal of Heat and Mass Transfer Research, vol. 12, nº 24, pp. 227 – 246, 2025. https://doi.org/10.22075/JHMTR.2024.34771.1581
[8] E. Ebieto, R. R. Ana, O. E. Nyong y E. G. Saturday, "Diseño y construcción de un intercambiador de calor de doble tubería para aplicaciones en laboratorio," European Journal of Engineering Research and Science, vol. 5, nº 11, pp. 1-6, 2020. http://dx.doi.org/10.24018/ejers.2020.5.11.1950
[9] S. Tazegül, M. Bitkin, A. N. Öztekin, A. Korkmaz, Ö. S. Şahin y O. Babayiğit, "Diseño y optimización del rendimiento de intercambiadores de calor tipo doble tubería basados en análisis CFD y económicos-Un estudio numérico," Journal of Engineering and Sciences, vol. 2, nº 2, pp. 100-110, 2024.
[10] J. Havlik, T. Dluohy y J. Krempasky, "Transferencia de calor en intercambiadores de calor de doble tubería con espaciamiento de tubos pequeños," Journal of Fluids Engineering, vol. 147, pp. 1-10, 2025. https://doi.org/10.1115/1.4066930
[11] Peccini, J. C. Lemos, A. L. H. Costa y M. J. Bagajewicz, "Diseño óptimo de estructuras de intercambiadores de calor de doble tubería," Industrial & Engineering Chemistry Research, vol. 58, pp. 12080-12096, 2019. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.9b01536
[12] P. K. Swamee, N. Aggarwal y V. Aggarwal, "Diseño óptimo de intercambiador de calor de doble tubería," International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 51, pp. 2260-2266, 2008. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2007.10.028
[13] L. M. Nahes, M. J. Bagajewicz y A. L. H. Costa, "Optimización del diseño de intercambiadores de calor de doble tubería usando un modelo discretizado," Industrial & Engineering Chemistry Research, vol. 60, p. 17611−17625, 2021. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.1c02455
[14] E. Cao, Transferencia de calor en ingeniería de procesos. Nueva York, EE. UU.: McGraw-Hill, 2010.
[15] S. Kakaç, H. Liu y A. Pramuanjaroenkij, Intercambiadores de calor - Selección, clasificación y diseño térmico, 3ª ed. Boca Raton, EE. UU.: Taylor & Francis Group, LLC, 2012. https://doi.org/10.1201/b11784
[16] M. Flynn, T. Akashige y L. Theodore, Kern's Process Heat Transfer, 2ª ed. Beverly, EE. UU.: Scrivener Publishing, 2019. https://doi.org/10.1002/9781119364825
[17] N. Nwokolo, P. Mukumba y K. Obileke, "Evaluación del rendimiento térmico de un intercambiador de calor de doble tubería instalado en un sistema de gasificación de biomasa," Journal of Engineering and Sciences, pp. 1-8, 2020. https://doi.org/10.1155/2020/6762489
[18] F. Joshua, "Diseño y construcción de un intercambiador de calor de tubos concéntricos," AU J.T., vol. 13, nº 2, pp. 128-133, 2009.
[19] Venkatesh y otros., "Optimización del diseño de intercambiador de calor de doble tubería de contraflujo usando algoritmo de optimización híbrida," Processes, vol. 11, p. 1674, 2023. https://doi.org/10.3390/pr11061674
[20] R. Gutiérrez, A. A. D. L. Rosa, L. V. Benítez, R. Serrano y Y. Aguilera, "Determinación de parámetros térmicos de un intercambiador de calor de tubos concéntricos con fluidos de vapor orgánico," Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, vol. 26, núm. 4, pp. 76-88, 2017.
[21] K. Silaipillayarputhur, T. A. Mughanam, A. A. Mojil y M. A. Dhmoush, "Análisis analítico y numérico de diseño de intercambiadores de calor de tubos concéntricos – una revisión," IOP Conf. Series: Ciencia e Ingeniería de Materiales, vol. 272, p. 012006, 2017. https://doi.org/10.1088/1757-899X/272/1/012006
[22] R. Sinnott y G. Towler, Diseño de Ingeniería Química, 6ª ed. Oxford, Reino Unido: Butterworth-Heinemann, 2020.
[23] S. Jenkins, "Indicadores económicos," Chemical Engineering, vol. 132, nº 9, p. 56, 2025.
[24] P. Parmar et al., "El efecto de los cambios composicionales debidos a la variación estacional en la densidad de la leche y la determinación de factores de conversión de densidad basados en la temporada para su uso en la industria láctea," Foods, vol. 9, p. 1004, 2020. https://doi.org/10.3390/foods9081004
[25] P. F. Fox y P. L. H. McSweeney, Química y Bioquímica Láctea, 1ª ed. Londres, Reino Unido: Blackie Academic & Professional, 1998.
[26] ChemicaLogic, "Propiedades termodinámicas y de transporte del agua y el vapor," 2.0 ed. Burlington, EE. UU.: ChemicaLogic Corporation, 2003.