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Principios básicos de intercambiadores de calor

La transferencia de calor es un fenómeno natural que se produce en nuestro entorno. Es el motor de los ciclos meteorológicos y del intercambio de energía entre ecosistemas. Su aprovechamiento mediante un control preciso del intercambio de calor ha sido el objetivo de nuestra industria durante más de un siglo.

Los intercambiadores de calor permiten controlar la dinámica de la transferencia de calor entre fluidos. Su uso está muy extendido en numerosas aplicaciones, como calefacción solar, calentamiento de piscinas, calentamiento de agua doméstica, calefacción por suelo radiante, procesamiento de alimentos, aplicaciones marinas, control de procesos industriales en general, entre otros.

Las ecuaciones paramétricas de la termodinámica mostradas en las páginas siguientes definen la naturaleza del intercambio de calor y el rendimiento de un intercambiador de calor para una aplicación concreta. Una vez determinados estos parámetros térmicos, se pueden usar para calcular el rendimiento del intercambiador de calor para seleccionar el producto más adecuado en función de la aplicación específica.

Calor teórico de un fluido

La transferencia de calor en los intercambiadores de calor se basa en un fluido más frío que absorbe calor de un fluido más caliente separado por, y que circula sobre, un material conductor del calor. Esto se expresa en la ecuación 1

Qt = Calor total
m = Caudal másico del fluido.
Cp = Calor específico del fluido a presión constante.
ΔT = Diferencia de temperatura del fluido

Esta ecuación proporciona el calor teórico absorbido o cedido por un fluido determinado que experimenta un cambio de temperatura, ΔT, con un caudal másico, m, y un calor específico del fluido, Cp.

Control del calor real de un fluido

El calor teórico absorbido o cedido por un fluido proporciona la cantidad de calor que es necesario transferir desde, o hacia, un fluido. El calor real transferido es una función de la geometría física del intercambiador de calor, el material de fabricación y las condiciones del fluido.

La forma general de la ecuación que define la transferencia de calor potencial máxima mediante un intercambiador de calor se expresa mediante:

U = Coeficiente global de transferencia de calor
A = Superficie
LMTD = Diferencia de temperatura media logarítmica

El control real de la transferencia de calor se determina mediante las interacciones termodinámicas a nivel molecular entre los fluidos que fluyen a través del intercambiador de calor y la geometría del intercambiador en sí.
El coeficiente global U se calcula mediante una ecuación específica que depende de la configuración geométrica del intercambiador de calor. Es una función que se obtiene mediante números adimensionales como el Número de Reynolds (Re) o el Número de Prandlt (Pr), junto con los parámetros de caudal del fluido. El coeficiente global U se calcula para la superficie total A del intercambiador de calor, a través de la cual se produce el intercambio de calor entre los fluidos.

La diferencia media logarítmica de las temperaturas de entrada y salida (LMTD) de los fluidos caliente y frío para un intercambiador de calor a contracorriente se expresa mediante la ecuación:

Thi = Temperatura de entrada del fluido caliente
Tco = Temperatura de salida del fluido frío
Tho = Temperatura de salida del fluido caliente
Tci = Temperatura de entrada del fluido frío

El valor real de intercambio de calor, Qp, se puede comparar con el valor teórico, Qt, para determinar si el intercambiador de calor tiene capacidad suficiente para cumplir los requisitos de la aplicación.

Soluciones exclusivas AIC

Las ecuaciones anteriores rigen el rendimiento teórico básico de cualquier intercambiador de calor, independientemente del tipo o material. Sin embargo, para seleccionar el intercambiador de calor más adecuado para cualquier aplicación específica es necesario tener en cuenta otras variables: compatibilidad con los fluidos, optimización del rendimiento, especificaciones de diseño y requisitos de certificación, limitaciones de instalación y mantenimiento, disponibilidad del producto, etc.

Los años de especialización de AIC en el diseño de intercambiadores de calor, y el conocimiento técnico del campo de la transferencia de calor en general, han resultado en soluciones de producto características y versátiles para aplicaciones tan diversas como calentamiento de piscinas o fluidos peligrosos. Como fabricante líder en la industria que dispone de instalaciones de investigación, nuestros desarrollos, desde tecnología de condensación hasta diseño de microtubos, demuestran nuestro compromiso por ofrecer el mejor producto y servicio a nuestros clientes.

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