intercambiadores de calor

XVII.- INTERCAMBIADORES DE CALOR
MÉTODO DE LA (LMTD)

XVII.1.- INTRODUCCIÓN
En un proyecto de ingeniería de equipamiento térmico son importantes no sólo las características de eficiencia térmica, sino también las referentes a la economía del sistema, más importantes, y que habrá que conjugar adecuadamente.
El papel de los intercambiadores de calor ha adquirido una gran importancia ante lanecesidad de ahorrar energía y disponer de equipos óptimos no sólo en función de su análisis térmico y
del rendimiento económico de la instalación, sino también en función de otros factores como el
aprovechamiento energético del sistema y la disponibilidad y cantidad de energía y de materias
primas necesarias para cumplir una determinada función.
Desde el momento en que un intercambiador decalor se instala y pone en funcionamiento
dentro de un proceso de transferencia térmica, se precisa un determinado gradiente de temperatura para que se pueda efectuar la transmisión del calor; la magnitud de este gradiente se puede
reducir utilizando un intercambiador mayor, pero ésto a su vez implica un mayor coste, tanto de
tipo económico, como energético.
Consideraremos como parte del conjuntode los intercambiadores de calor, no sólo los clásicos
formados por la carcasa y tubos, sino también otros, como los de lecho fluido, o los que aprovechan la energía solar, o las tuberías de calor o calefacción, etc.
XVII.2.- TIPOS BÁSICOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR
Los intercambiadores de calor son tan importantes y tan ampliamente utilizados en la
industria, que su diseño ha experimentadoun gran desarrollo, existiendo en la actualidad normas ideadas y aceptadas por TEMA que especifican con detalle los materiales, métodos de construcción, técnicas de diseño y sus dimensiones.
El intercambiador de calor más sencillo se compone de un tubo dentro de otro tubo, Fig
XVII.1; este montaje de corrientes paralelas funciona, tanto en contracorriente como en equicoXVII.-297

rriente,circulando el fluido caliente o el frío a través del espacio anular, mientras que el otro
fluido circula por la tubería interior.

Fig XVII.1.- Intercambiador simple de tubos concéntricos

INTERCAMBIADOR DE PASO SIMPLE (1-1).- El intercambiador más sencillo que consta de
dos tubos concéntricos, no es adecuado cuando el gasto másico es elevado. Si se utilizan varios
tubos concéntricos enparalelo, el peso del material de los tubos que se necesita se haría tan
grande, que es mucho más económico el construirlos formando un conjunto de carcasa y tubos, de
forma que se utiliza una carcasa común para muchos tubos; éste intercambiador, debido a que
funciona con un solo paso de fluido en el lado de la carcasa y un solo paso de fluido en el lado de
los tubos se denomina intercambiador 1-1,Fig XVII.2.

Fig XVII.2a.- Intercambiador de carcasa y tubos (1-1) (con mezcla de los fluidos)

En este tipo de intercambiador, uno de los fluidos circula por el interior de los tubos, mientras que el otro fluido se ve forzado a circular entre la carcasa y la parte exterior de los tubos,
normalmente a ellos.
Cuando las temperaturas TC del fluido del lado caliente y TF del fluido del ladofrío son variables de un punto a otro, a medida que el calor va pasando del fluido más caliente al más frío, la
velocidad de intercambio térmico entre los fluidos también variará a lo largo del intercambiador,
porque su valor depende, en cada sección, de la diferencia de temperaturas entre los fluidos
caliente y frío.
En un flujo paralelo en equicorriente, la temperatura final del fluido más fríonunca puede llegar a ser
igual a la temperatura de salida del fluido más caliente. Sin embargo, en un flujo en contracorriente, la
temperatura final del fluido más frío (que es el que se calienta) puede superar la temperatura de
salida del fluido más caliente (que se enfría), puesto que existe un gradiente de temperaturas
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favorable a todo lo largo del intercambiador de calor....