Intercambiadores de calor

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Indice general

11.Intercambiadores de Calor
11.1. Introducci´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
o
11.2. Clasificaci´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
o
11.3. Balance energ´tico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
e
11.4. El m´todo DLTM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
e
11.4.1. Planteo general . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.4.2. Extensi´n a otras geometr´ . . . . . . . . . . . . . . . .
o
ıas
11.5. El m´todo de la eficiencia-NUT . . . . . . . . . . . . . . . . . .
e
11.5.1. Planteo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.5.2. Eficiencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.5.3. Comportamiento frente a los par´metros adimensionales.a

1

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8
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67.31 – Transferencia de Calor y Masa

2

11

11.1

Intercambiadores de Calor

Introducci´n
o

Una vez establecidos los principales mecanismos de transferencia de calor, estudiaremos el intercambio de calor considerado desde un punto de vista m´s global,
a
dondeaparecen mezclados el conjunto de procesos: conducci´n, convecci´n, radiao
o
ci´n y cambios de fase. Los intercambiadores de calor son equipos que cumplen
o
la funci´n de transmitir el calor desde un fluido a otro. Pr´cticamente todo siso
a
tema t´rmico necesita uno o m´s intercambiadores de calor para funcionar. Son
e
a
numerosos los ejemplos de la vida cotidiana y de la industria dondeencontramos intercambiadores. Basta pensar en nuestra calefacci´n, refrigeraci´n, cocina,
o
o
transporte para advertir intercambiadores. Si pensamos en nuestra electricidad, la
mayor parte la debemos a generaci´n t´rmica. A partir de datos de 2009, lamentaoe
blemente a´n el 80 % del consumo energ´tico mundial proviene del petr´leo (33 %),
u
e
o
gas ( %21), carb´n(21 %) y uranio (7 %)1 Parala utilizaci´n de estos combustibles
o
o
se asocian ciclos t´rmicos e intercambiadores de calor. Este escenario catastr´fico2
e
o
en el mediano y largo plazo, refuerza la necesidad de comprender el funcionamiento
de los intercambiadores de calor.

11.2

Clasificaci´n
o

Una primera distinci´n de los intercambiadores es si producen el intercambio en
o
forma directa o indirecta. En elprimer caso, la energ´ t´rmica se transfiere diıa e
rectamente desde una corriente de fluido a otra, usualmente, a trav´s de paredes
e
conductoras que las separan. El proceso es estacionario en la mayor parte de los
casos y as´ se dise˜an o estudian sus par´metros. Por otro lado, los intercambiadoı
n
a
res de calor indirectos, o regeneradores, utilizan un medio adicional para realizar la
1Argentina en 2006 ten´ el 54 % correspondiente a generaci´n t´rmica, el 41 % a generaci´n
ıa
oe
o
hidroel´ctrica y el 4 % a generaci´n nuclear, mientras que menos del 0,1 % corresponde a fuentes
e
o
renovables.
2
Ver, por ejemplo, El Atlas del Medio Ambiente: amenazas y soluciones, Capital Intelectual,
Le Monde Diplomatique, 2008.

3

67.31 – Transferencia de Calor y Masatransferencia de calor. En un regenerador, dos corrientes fluyen en forma alternada
trav´s de una matriz hecha de material de gran capacidad calor´
e
ıfica (por ejemplo,
empaquetados de esferas).
Dentro del conjunto de los intercambiadores de calor en forma directa, que estudiaremos, aparecen diversas configuraciones geom´tricas de flujo que los definen.
e
Se˜alemos:
n
Una sola corriente.
Doscorrientes en flujo paralelo.
Dos corrientes en contracorriente.
Dos corrientes en flujo cruzado.
Dos corrientes en contraflujo cruzado.
Dos corrientes a pasos m´ltiples.
u

4

Intercambiadores

5

67.31 – Transferencia de Calor y Masa

Figura 11.1: Esquema de un intercambiador de corrientes cruzadas.

11.3

Balance energ´tico
e

Consideremos un intercambiador de arreglo en...