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Cálculo de intercambiadores de calor multi-fase mediante el método de la e-ntu por onzas

Resumen

Se presenta el desarrollo de un algoritmo para el cálculo de intercambiadores de calor que involucran tanto ambos procesos de cambio de fase, como procesos de calentamiento o enfriamiento en una fase. La solución del problema se abordó mediante la partición de un intercambiador en máximo tres zonas de intercambio, lo cual consiste en verificar en qué condiciones entran los fluidos y ver si durante el proceso de intercambio, los fluidos presentan cambio de fase. De esta forma, el intercambiador puede comprender: a) una zona en el cual ambos fluidos permanecen en estado monofásico, y el que cambia de fase se encuentra sobrecalentado o sub-enfriado; b) una zona en la cual uno de los fluidos cambia de fase. c) una zona en la cual ambos fluidos permanecen en estado monofásico, y el fluido que cambia de fase se encuentra sub-enfriado o sobrecalentado respectivamente. Los cálculos particulares de cada zona se realizaron con base en el método de la -NTU. Se implementaron algoritmos para intercambiadores de calor con flujo paralelo en x-corriente y contracorriente y para dos casos de flujo cruzado. La estrategia general de cálculo está basada en el método de Newton-Raphson para un sistema de ecuaciones no lineales, donde la estimación de la solución inicial se realiza de acuerdo a los datos de entrada suministrados por el usuario. De acuerdo a si el intercambiador de calor permanece en flujo monofásico o cambia de fase, el algoritmo establece el conjunto de ecuaciones adecuado para resolver. El algoritmo se validó mediante la comparación de los resultados obtenidos en programas comerciales para sistemas de refrigeración que realizan el cálculo detallado del intercambiador de calor. La confrontación mostro que este procedimiento presenta una reducción en los tiempos de cálculo sin afectar significativamente la exactitud de los resultados. 1