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V.- INTERCAMBIADORES DE CALOR
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V.1.- INTRODUCCIÓN A LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR (MÉTODO LMTD)
Los sistemas de calderas tienen muchos intercambiadores de calor con fluidos que varían su temperatura a medida que los atraviesan.
Un balance de energía entre los estados inicial (1) y final (2) del sistema proporciona la siguiente
ecuación:
q = m c p( T2 - T1 )
La diferencia media efectiva de temperaturas sirve para calcular el flujo de calor intercambiado y
se determina por medio de un balance de energía entre la cedida por el fluido caliente y la recibida por el
fluido frío, en la forma:
q = U A F ΔTLMTD
siendo:
U el coeficiente global de transferencia de calor
A el área de la superficie de intercambio térmico
F un factor decorrección

ΔT2 − ΔT1
ΔT2
ln
ΔT1
Δ T1 y Δ T2 las diferencias de temperaturas, inicial y final, entre los fluidos caliente y frío

Δ T LMTD la diferencia media logarítmica de temperaturas =

El parámetro U define el coeficiente global de transferencia de calor para superficies limpias y, por
tanto, puede caracterizar la resistencia térmica entre los fluidos caliente y frío, que se puedeexpresar,
referido a la sección exterior A e en la forma:
Ae
1
=
+ Requiv + 1
U lim pio
h ci Ai
h ce
€
Si se realizan ensayos de rendimiento en un intercambiador limpio y se repiten después de que el
V.-153

aparato haya estado en servicio durante algún tiempo, se puede determinar la resistencia térmica del
depósito (o factor de incrustación) RSucio mediante la relación:
RSucio= RFunc- RLimpio =

siendo: RSucio= Re + Ri

1
U Func
€

Ae
Ai

;

-

1
U Limpio

U Limpio =

€

€

⇒

U Func =

1
RSucio +

1
U Limpio

1
1 +R
1 Ae
equiv +
h ce
h ci Ai

€

Fig V.1.- Transmisión de calor entre la cámara de combustión y el agua de una caldera con incrustaciones calcáreas

La expresión del coeficiente global de transmisión de calor U func enfuncionamiento al cabo de un
tiempo, referida a la sección exterior A e es:
U func=

1

€

R A
Ae
1
+ Re + Requiv + i€ e +
h ce
Ai
h ci A i

en las que:
Ulimpio es el coeficiente global de transmisión de calor del intercambiador limpio, respecto a la sección exterior
Usuc. es el coeficiente global de transmisión de calor del intercambiador después de producirse el depósito
hc ees el coeficiente de convección medio del fluido en el exterior del tubo
hci es el coeficiente de convección medio del fluido en el interior del tubo
Re es la resistencia unitaria del depósito de suciedad en el exterior del tubo
Ri es la resistencia unitaria del depósito de suciedad en el interior del tubo

Requiv es la resistencia unitaria del tubo, en la que no se han considerado losdepósitos de suciedad interior y exterior, y
el material del tubo, en m2°K/W, basada en el área de la superficie exterior del tubo
Ae /Ai es la relación entre la superficie exterior y la interior del tubo

En las Tablas V.1.2 se presentan valores estimados de algunos coeficientes globales de transferencia de calor y de factores de ensuciamiento, aplicados en calderas.
Los factores deensuciamiento son específicos para cada punto de la instalación y dependen de la
química del agua y de otros factores relativos a la velocidad de deposición.
Los factores globales de transferencia de calor se pueden obtener, según los casos, teniendo en
 Las condiciones del fluido a cada uno de los lados de la superficie intercambiadora

cuenta:  La especificación de los materiales a utilizar en lasuperficie intercambiadora
 Los factores de ensuciamiento indicados en la Tabla V.2
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Tabla V.1.- Valores aproximados del coeficiente global de transmisión de calor U

COMPONENTE FÍSICO
Ventana de cristal plano
Ventana de doble cristal plano
Condensador de vapor
Calentador de agua del ciclo
Termopermutador agua-agua
Termopermutador tubo aleteado (agua interior a tubos)...