Intercambiadores de calor

Intercambiadores de calor

� Un intercambiador de calor es un dispositivodiseñado para transferir calor entre dos medios, queestén separados por una barrera o que seencuentren en contacto. Son parte esencial de losdispositivos de refrigeración, acondicionamiento deaire, producción de energía y procesamiento químico.

� Un intercambiador típico es el radiador del motor deun automóvil, en el que el fluido refrigerante,calentado por la acción del motor, se refrigera por lacorriente de aire que fluye sobre él y, a su vez,reduce la temperatura del motor volviendo a circularen el interior del mismo.

Tipos de Intercambiadores de Tipos de Intercambiadores de Tipos de Intercambiadores de Tipos de Intercambiadores de

CalorCalorCalorCalor

� Para la clasificación de losintercambiadores de calor tenemos trescategorías importantes:

� Regeneradores� Intercambiadores de tipo abierto� Intercambiadores de tipos cerrados o

recuperadores

RegeneradoresRegeneradoresRegeneradoresRegeneradores

� Son intercambiadores en donde unfluido caliente fluye a través del mismoespacio seguido de uno frío en formaalternada, con tan poca mezcla físicacomo sea posible entre las doscorrientes. La superficie, quealternativamente recibe y luego libera laenergía térmica, es muy importante eneste dispositivo.

Intercambiadores de tipo abiertoIntercambiadores de tipo abiertoIntercambiadores de tipo abiertoIntercambiadores de tipo abierto

� Los intercambiadores de calor de tipoabierto son dispositivos en los que lascorrientes de fluido de entrada fluyenhacia una cámara abierta, y ocurre unamezcla física completa de las corrientes.

� Las corrientes caliente y fría que entranpor separado a este intercambiadorsalen mezcladas en una sola.

Intercambiadores de tipos Intercambiadores de tipos Intercambiadores de tipos Intercambiadores de tipos

cerrados o recuperadorescerrados o recuperadorescerrados o recuperadorescerrados o recuperadores

� Los intercambiadores de tipo cerrado sonaquellos en los cuales ocurre transferenciade calor entre dos corrientes fluidas que nose mezclan o que no tienen contacto entresí. Las corrientes de fluido que estáninvolucradas en esa forma estánseparadas entre sí por una pared de tubo,o por cualquier otra superficie que porestar involucrada en el camino de latransferencia de calor.

Clasificación según su aplicaciónClasificación según su aplicaciónClasificación según su aplicaciónClasificación según su aplicación

� Calderas:Las calderas de vapor son unas de las primeras

aplicaciones de los intercambiadores de calor. Confrecuencia se emplea el término generador de vaporpara referirse a las calderas en las que la fuente decalor es una corriente de un flujo caliente en vez delos productos de la combustión a temperaturaelevada.

Condensadores:Los condensadores se utilizan en aplicaciones

tan variadas como plantas de fuerza de vapor,plantas de proceso químico y plantas eléctricasnucleares para vehículos espaciales.

� Torres de enfriamiento:Las torres de enfriamiento se han

utilizado ampliamente para desechar enla atmósfera el calor proveniente deprocesos industriales en vez de hacerloen el agua de un río, un lago o en elocéano.

Su relación con la Termodinámica

• La ciencia de la transferencia de calor pretendeexplicar cómo la energía térmica puede ser transferiday predecir la rapidez con la que, tendrá lugar.

• La termodinámica trata sistemas en equilibrio; puedeusarse para predecir la cantidad de energía requeridapara llevar un sistema desde un estado de equilibrio aotro; no para predecir la rapidez del cambio, ya que elsistema no está en equilibrio durante el proceso.

• El hecho de que el objetivo deseado del análisis seala rapidez de la transferencia del calor, señala ladiferencia entre la transferencia de calor y latermodinámica.

� Considérese el enfriamiento de una barra de acero caliente que se introduce en un cubo con agua.

� La termodinámica predice la temperatura final de equilibrio del conjunto barra de acero-agua.

� La transferencia de calor puede utilizarse para predecir la temperatura de la barra y del agua como función del tiempo.

Respuesta térmica transitoria

� Si un cuerpo sólido se somete a uncambio repentino en el medioambiente, debe transcurrir ciertotiempo antes que se establezca en éluna condición de temperatura enequilibrio .

� En el proceso de calentamiento oenfriamiento transitorio que tiene lugaren el periodo intermedio antes queestablezca el equilibrio, el análisis debemodificarse para tomar en cuenta elcambio de la energía interna del cuerpocon el tiempo, y se deben ajustar lascondiciones de frontera para quecorrespondan a la situación física queaparece en el problema de transferenciade calor en estado transitorio .