Fundamentos de Intercambiadores de Calor y Diferencia Media Logarítmica

Intercambiadores de calor para flujos paralelos en equicorriente

Deducir la expresión de la diferencia media logarítmica en función de las temperaturas de entrada y salida del intercambiador.

Intercambiadores de calor

Un intercambiador de calor es el dispositivo que permite llevar a cabo la transferencia de calor entre dos fluidos (sin intercambio de masa) que están a diferentes temperaturas y separados físicamente por una pared sólida. Los intercambiadores pueden ser de flujos paralelos o de corrientes cruzadas.

a) Flujos paralelos

El intercambiador de calor más sencillo se compone de:

• Intercambiador equicorriente: circulación en el mismo sentido.
• Intercambiador contracorriente: circulación en sentidos contrarios.

El intercambiador de tubos concéntricos no es adecuado cuando el gasto másico es elevado. Si se utilizan varios tubos concéntricos en paralelo, el peso del material de los tubos que se necesita se haría tan grande que es mucho más económico construirlos formando un conjunto de carcasa y tubos, de forma que se utiliza una carcasa común para muchos tubos.

b) Flujos cruzados

Para el calentamiento o enfriamiento de gases es interesante utilizar un intercambiador de calor en flujo cruzado, en el que uno de los fluidos (líquido o gas) circula por el interior de los tubos, mientras que al otro fluido (gaseoso) se le obliga a circular perpendicularmente al haz de tubos. El flujo del fluido exterior puede realizarse mediante convección forzada o libre.

c) Diferencia media logarítmica de temperaturas (LMTD)

Consideremos un intercambiador paralelo en equicorriente. Para determinar la transferencia de calor por unidad de tiempo, y admitiendo que el calor cedido por un fluido es totalmente absorbido por el otro (intercambiador ideal), se puede hacer el siguiente balance de energía.

Los subíndices C/F se refieren al fluido caliente/frío y 1/2 a la entrada/salida del fluido en el intercambiador.