Intercambiador de calor

Es un dispositivo diseñado para transferir calor entre dos medios, que estén separados por una barrera o que se encuentren en contacto. La función básica de los intercambiadores es la transferencia de energía térmica entre dos o más fluidos a diferente temperatura El calor fluye, como resultado del gradiente de temperatura, desde el fluido caliente hacia el frío a través de una pared de separación.

Tipos de intercambiadores de calor según su construcción

 la construcción de los intercambiadores está incluida en alguna de las dos siguientes categorías:carcaza y tubo o plato.

a) Carcaza y tubo: Este tipo de intercambiador consiste en un conjunto de tubos en un contenedor llamado carcasa. El flujo de fluido dentro de los tubos se le denomina comúnmente flujo interno y aquel que fluye en el interior del contenedor como fluido de carcaza o fluido externo. 

b) Intercambiador de Plato: El intercambiador de calor de tipo plato, consiste de placas en lugar de tubos para separar a los dos fluidos caliente y frío. 

Tipos de intercambiadores de calor según su operación 

Las tres categorías son: Flujo paralelo, Contraflujo y Flujo cruzado Intercambiadores de Flujo Paralelo.

Funcionamiento de los intercambiadores de calor

Como hemos visto hasta ahora, la función general de un intercambiador de calor es transferir calor de un fluido a otro.

 Los componentes básicos de los intercambiadores se puede ver como un tubo por donde un flujo de fluido está pasando mientras que otro fluido fluye alrededor de dicho tubo. Existen por tanto tres intercambios de calor que necesitan ser descritos:

1 Transferencia de calor convectiva del fluido hacia la pared interna del tubo 8 

2 Transferencia de calor conductiva a través de la pared del tubo 

3 Transferencia de calor convectiva desde la pared externa del tubo hacia el fluido exterior.

 Para desarrollar la metodología para el análisis y diseño de un intercambiador de calor, atendemos primero el problema de la transferencia de calor del fluido interno en el tubo hacia el fluido externo en la carcaza.

El método de la diferencia media logarítmica (LMTD) 

Intercambiadores de calor Es el más apropiado cuando se desea que el intercambiador logre un cambio de temperatura específica de una corriente de fluido de gasto de masa conocido Este método trabaja con las diferencias mínimas y máximas que se presentan en el intercambiador a lo largo de toda la sección de haz de tubos ya que para efectos de cálculo resulta mejor tener una temperatura media del sistema.

 La diferencia de temperatura entre los dos fluidos disminuye desde ΔT1 a la entrada hasta ΔT2 a la salida. 

Efectividad de un intercambiador de calor

El cálculo de la efectividad del intercambiador de calor permite a los ingenieros predecir cómo un nuevo intercambiador de calor realizará un nuevo trabajo. Esencialmente, ayuda a los ingenieros a predecir las temperaturas de salida del fluido sin una solución de ensayo-error que de otra forma sería necesario. La efectividad de un intercambiador de calor se define como el ratio de la cantidad actual del calor transferido a la máxima cantidad posible de calor que puede ser transferido sin un área infinita.

Dos métodos comunes se usan para calcular la efectividad, ecuaciones y gráficas. Las ecuaciones son las siguientes:

Donde:

• U = Coeficiente de transferencia de calor
• A = Área de transferencia de calor.
• C_min = La más baja de las dos capacidades caloríficas de los fluidos.
•  C_max = La mayor de las dos capacidades caloríficas de los fluidos.

A menudo, se define otra variable que se denomina NTU (número de unidades de transferencia); NTU = UA/C_min

Cuando NFU se coloca en las ecuaciones de efectividad y se representan gráficamente, podemos construir la gráfica que se muestra en las figuras con las que abrimos el artículo en la forma que más a menudo suele utilizarse.

Luego, calculando el C_min/C_max y el NTU, la efectividad puede leerse en estos diagramas. Una vez se ha encontrado la efectividad, la carga térmica se calcula por:

Q = Efectividad x C_min x (Temperatura de entrada del agua caliente – Temperatura de entrada del agua fría)

Y las temperaturas de salida pueden calcularse por: 

YESIREE BRAVO