ayuda para diseño de intercambiador de calor de serpentin

necesito diseñar un intercambiador de calor con forma de serpentin, para hacer circular un fluido caliente (purga de caldera) y poder calentar el aire del interior de un horno de un volumen determinado. Necesito las ecuaciones que modelen este tema, principalmente para saber el tiempo que tomará calentar el horno de temperatura ambiente a 140ºC, gracias de ante mano[:D]

Lo que necesitas es realizar un balance en estado no estacionario para el calentamiento, con condiciones iniciales (temp ambiente) y condiciones finales (temp 140º). Necesitaras conocer la humedad del aire confinado dentro del horno puesto que el Cp del aire varia si el aire esta humedo, la temperatura de ingreso de la purga de caldera y el flujo posible que pueda suministrar. También deberas tener manera de evaluar las perdidas de calor por las paredes del horno, esto lo puedes realizar sabiendo con que material esta construido y que aislante tiene por fuera asi como sus dimensiones.

Lamentablemente la ecuacion no es sencilla pero el balance queda algo asi:

d(MCp(t-tref))/dO=Qs-Qp

El primer termino es la acumulación de calor (lo que quieres lograr), Qs= calor aportado por el serpentin y Qp= calor de perdidas. Todo esto te varia con el tiempo puesto que la temperatura de salida del agua que sale del serpentin varia a medida que el aire se va calentando y las perdidas aumentan a medida que vas calentando el aire también.

Qp puede ser calculado como Q de conduccion en sólidos a traves de las paredes del horno y la temp interna del mismo, por lo tanto sera una funcion de la temperatura del aire.
Qs dependera de la temp de entrada al serpentin y la temp de salida asi como del area que dimensiones (ten en cuenta factores geometricos del horno para la misma pero puede ser estimada como Ao=pi*do*L, siendo Ao el area externa del serpentin, do el diametro externo, y L el largo del mismo. Qs=UoAo*(deltaTmediologaritmico), Uo es el coeficiente global de transferencia de calor entre el agua de purga y el aire.

Lo mas complicado de lidiar aqui son las perdidas de calor, y debes tener muy en cuenta si el aire en el horno se renueva de alguna manera, es decir si tienes perdidas de aire e ingreso de aire nuevo dentro del horno.

Si me das las dimensiones y materiales del horno y aislante, asi como los datos sobre el flujo de purga de caldera te puedo ayudar a estimar al menos un tiempo.

Saludos
Andres

Estimado Nefacio:
Gracias por tu respuesta, perdona la demora pero he estado ocupado en otros asuntos. Sería espectacular que me ayudaras, por lo que te describo la información necesaria: dimensiones del horno son 1,5 x 1,5 x 1,5 m3, el material es acero común, aislante no tiene, pero se puede colocar el que sea necesario, el flujo d ela purga es de 3 m3/dia. Espero tu ayuda, gracias [d=]

buenas buenas a los profesionales... me dirijo a ustedes con la intencion de que me puedan ayudar, tengo que diseñar un intercambiador de flujo cruzado, por el serpentin o banco de tubos circulara vapor producido por la caldera, y por la parte externa circulara el flujo cruzado el cual es una corriente de aire forzada... esto es con la finalidad de mantener una camara de dimensiones 2x2x2m a 80 grados celcius y humedad controlada... tengo muchas dudas en cuanto a este diseño... primero no se como determinar la capacidad que deberia de tener el ventilador para que adicione los cfm necesarios que deben atrevezar el banco de tubos y asi conseguir lo 80 grados para mantener la camara a esta temperatura... por otra parte no se muy bien como calcular los coeficientes convectivos tanto internos (vapor) como externos (aire)... y tampoco se estimar el consumo de vapor que requiere el banco o serpentin de tubos... se le agradece a la persona que me pueda ayudar... no importa que sea solo recomendandome alguna bibliografia.... Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo. muchas gracias

.

Disculpa Nefacio cual es la referencia de dicha informacion?, podrias recomendarme algún autor, yo tambien necesito realizar un intercambiador de calor (serpentin)