ASPECTOS TÉRMICOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR

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ASPECTOS TÉRMICOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR

6.1 INTRODUCCIÓN
6.2 DEFINICIÓN
Un intercambiador de calor es un dispositivo en el que se efectúa la transferencia de
calor de un fluido a otro.

6.3 CLASIFICACIÓN
Los intercambiadores de calor se pueden clasificar en varios tipos dependiendo del
criterio de clasificación. A continuación se presenta una clasificación en base a loscriterios
más utilizados.
Periódica: operan con flujo y

Regenerativos

temperatura que varían con el tiempo

(cerrados)

En base a la condición de operación
Contacto directo o
Permanente: operan con flujo y

abiertos

temperatura estacionario
Recuperativos
(Cerrados)

En base al tipo de contacto que se establece

Contacto directo o abiertos

entre ambos fluidos
De superficiey tubulares ó convectivos

En base al tipo de proceso que ocurre en uno

Calentadores

de los fluidos

Enfriadores
Evaporadores
Condensadores, etc.
Refrigeradores
Rehervidor
Sobrecalentador

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Transferencia de Calor. Prof. Jolymar Soto. Semestre 1/2011

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En base a la disposición de los flujos en

Flujo paralelo encorriente

ambos fluidos

Flujo paralelo en contra corriente
Flujo cruzado
Flujo mixto o combinado

En base al tipo de construcción

Carcasa - haz de tubos
Enfriadores de aire
Doble tubo
Tipo espiral (serpentín)
Superficie raspadora
Torres de enfriamiento

6.4 COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Supongamos el caso de un cilindro hueco infinito de longitud L como se muestra enla figura 1:
T∞i, hci

T∞o, hco

r1
T∞i > T∞o
r2

r
T∞1

Tw1
Rhi

Pila

Tw2
Rk1

q

T∞2
Rho

Tierra

Figura 1: Cilindro hueco infinito de longitud L

Haciendo uso de la analogía eléctrico-térmica, la tasa de flujo de calor entre los
nodos T∞i y T∞o se puede expresar como:

q=

2

(T∞i − T∞o )

Rhi + Rk + Rho

Transferencia de Calor. Prof. Jolymar Soto.Semestre 1/2011

(1)

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ASPECTOS TÉRMICOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR

q=

1
hci A

(T∞i − T∞o )
ln (r2 / r1 ) )
+
+
2πkL

1
hco A

(2)

Reescribiendo:
q = UA(T∞i − T∞o )

(3)

En donde U es el coeficiente global de transferencia de calor y el término UA queda como:

UA =

1
ln (r2 / r1 ) )
1
1
+
+
hci A
kA
hco A

(4)

Para la tubería se puede expresarsegún el área interna Ai o según el área externa Ao

Ui =

1
A ln (r2 / r1 ) )
Ai
1
+ i
+
hci
2πkL
hco Ao

(5)

Uo =

1
Ao
A ln (r2 / r1 ) ) 1
+ o
+
hci Aio
2πkL
hco

(6)

Por lo que las tasas de flujo de calor se pueden expresar en función del área interna
Ai o según el área externa Ao , como:
q = U i Ai (T∞i − T∞o )

(7)

q = U o Ao (T∞i − T∞o )

(8)

Paraun intercambiador de calor U i e U o se expresarían como:

Ui =

3

1
A ln (r2 / r1 ) )
Ai
1
+ ri + i
+ ro +
hci
2πkL
hco Ao

Transferencia de Calor. Prof. Jolymar Soto. Semestre 1/2011

(9)

ASPECTOS TÉRMICOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR

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Uo =

1
Ao
A ln (r2 / r1 ) )
1
+ ri + o
+ ro +
hci Aio
2πkL
hco

(10)

En donde ri y ro , son las resistenciasdebido a las incrustaciones que se presentan
en el interior y en el exterior de la tubería, sus unidades son ( m 2 K / W ) ó ( m 2 º C / W ) .

T∞i, hci

T∞o, hco

r1
T∞i > T∞o
r2

r
q
Tw1

T∞1

Tw2

ri

Pila
Rhi

T∞2

ro
Rk1

Tierra
Rho

Figura 2: Cilindro hueco infinito con incrustaciones

6.5 DIFERENCIA DE TEMPERATURA MEDIA LOGARÍTMICA
Partiendo del caso de unintercambiador de tubos concéntricos (doble tubo), la tasa
de flujo de calor se calcula como:
q = UA∆Tml

(11)

En donde:

U : Coeficiente global de transferencia de calor
A : Área superficial de transferencia de calor en correspondencia con U

∆Tml : Diferencia de temperatura media logarítmica correspondiente al intercambiador en
estudio
Supongamos el caso de un intercambiador con...