Intercambiadores1

´Indice general

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

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67.31 – Transferencia de Calor y Masa

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11.1

Intercambiadores de Calor

Introducci´
on

Una vez establecidos los principales mecanismos de transferencia de calor, estudiaremos el intercambio de calor considerado desde un punto de vista m´as global,
donde aparecen mezclados el conjunto de procesos: conducci´on, convecci´on, radiaci´on ycambios de fase. Los intercambiadores de calor son equipos que cumplen
la funci´on de transmitir el calor desde un fluido a otro. Pr´acticamente todo sistema t´ermico necesita uno o m´as intercambiadores de calor para funcionar. Son
numerosos los ejemplos de la vida cotidiana y de la industria donde encontramos intercambiadores. Basta pensar en nuestra calefacci´on, refrigeraci´on, cocina,
transportepara advertir intercambiadores. Si pensamos en nuestra electricidad, la
mayor parte la debemos a generaci´on t´ermica. A partir de datos de 2009, lamentablemente a´
un el 80 % del consumo energ´etico mundial proviene del petr´oleo (33 %),
gas ( %21), carb´on(21 %) y uranio (7 %)1 Para la utilizaci´on de estos combustibles
se asocian ciclos t´ermicos e intercambiadores de calor. Este escenariocatastr´ofico2
en el mediano y largo plazo, refuerza la necesidad de comprender el funcionamiento
de los intercambiadores de calor.

11.2

Clasificaci´
on

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

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

4Intercambiadores

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67.31 – Transferencia de Calor y Masa

Figura 11.1: Esquema de un intercambiador de corrientes cruzadas.

11.3

Balance energ´
etico

Consideremos un intercambiador de arreglo en contracorriente como muestra la
figura 11.1.
Distinguimos una corriente de flujo fr´ıo m
˙ C y otra de flujo caliente m
˙ H con respectivas temperaturas de entrada y de salida del intercambiador. Un...