El documento describe los conceptos básicos de los intercambiadores de calor, incluyendo su definición, métodos de análisis como el método LMTD, y consideraciones de diseño. Explica que un intercambiador de calor transfiere energía térmica entre un fluido caliente y uno frío, y analiza propiedades como la temperatura media logarítmica y factores de corrección para diferentes configuraciones. También resume los pasos clave para el diseño de intercambiadores de calor, como realizar un balance de energía, as

1. 4.7 Análisis de propiedades en los intercambiadores de calor.
4.8 Consideraciones sobre el diseño y la evaluación de los intercambiadores de
calor.
Carrera: Ingeniería Electromecánica
Equipo: José Joel Ramos Rodríguez
César Gabriel Godínez Rivas
José Alfredo Melgoza Briseño
Materia: Maquinas y Equipos Térmicos
Docente: Eduardo Rene Carrillo
Iñiguez

2. ¿Qué es un intercambiador de calor?
Un equipo de intercambio de calor es el que transfiere
energía térmica desde una fuente o un fluido a alta
temperatura hacia un fluido a baja temperatura con ambos
fluidos moviéndose a través del aparato. Esta
transferencia puede realizarse por contacto directo entre
los fluidos o a través de una pared que separa la fuente y
el fluido o los fluidos.

3. Análisis de propiedades en los intercambiadores de calor
Método de la diferencia de temperatura media logarítmica – LMTD
A partir de un balance de energía, considerando las ecuaciones anteriores se llega a:

4. Se puede aplicar la relación anterior para ∆Tml pero teniendo en cuenta ∆T1 y ∆T2 son de la siguiente manera:
Para las mismas temperaturas de entrada y de salida la temperatura media logarítmica es mayor en los intercambiadores en
contra flujo que en los paralelos, lo que significa que con menos área se logra la misma transferencia de calor. Por eso son
más utilizados.

5. En un intercambiador de calor a contra flujo, cuando las razones de capacidad calorífica permanecen
constantes:
∆𝑇1 = ∆𝑇2
Por medio de la regla de I’Hôpital se puede demostrar que:
∆𝑇𝑚𝑙 = ∆𝑇1 = ∆𝑇2
Intercambiadores de calor de pasos múltiples y de flujo cruzado: Uso de factor de corrección.
Cuando se analizan intercambiadores de flujo cruzado y tubos y coraza de pasos múltiples se puede utilizar
el factor de corrección para la determinación de la diferencia de temperatura media logarítmica:

7. Método de la diferencia de temperatura media logarítmica.
El método de la LMTD resulta muy adecuado para la determinación del tamaño de un
intercambiador de calor cuando se conocen o se pueden conocer los gastos de masa y las
temperaturas de entrada y de salida de los fluidos caliente y frio.
Para ello se sigue el siguiente procedimiento:
1. Seleccione el tipo de intercambiador de calor.
2. Determinar cualquier temperatura desconocida de entrada o de salida y la razón de la
transferencia de calor mediante un balance de energía.
3. Calcular la diferencia de temperaturas media logarítmica ∆𝑇𝑚𝑙 y el factor de corrección F si es
necesario.
4. Obtener (seleccionar o calcular) el valor del coeficiente de transferencia de calor total U.
5. Calcular el área superficial As de transferencia de calor y así se selecciona el intercambiador de
calor adecuado.

9. Consideraciones Sobre El Diseño y Evaluación de Los Intercambiadores de Calor
¿Qué es un intercambiador de calor?
Un equipo de intercambio de calor es el que transfiere energía térmica desde una fuente o un fluido a alta
temperatura hacia un fluido a baja temperatura con ambos fluidos moviéndose a través del aparato. Esta
transferencia puede realizarse por contacto directo entre los fluidos o a través de una pared que separa la fuente y el
fluido o los fluidos.
Presión de operación o presión de trabajo (𝑷𝒐): Presión manométrica a la que está un equipo en condiciones
normales de operación. En el caso de los intercambiadores de calor nos encontramos con dos presiones de operación:
una para el lado de los tubos y otra para el lado de la carcasa.
Temperatura de operación (𝑻𝒐): Temperatura a la que el intercambiador estará expuesto habitualmente durante su
funcionamiento.
Temperatura de diseño (𝑻𝑫): Temperatura que se utilizará durante el diseño del intercambiador de calor. Puede
determinarse de dos formas distintas: - Si 𝑇𝑜 es mayor que 0ºC (32ºF) la temperatura de diseño será la que resulte
mayor de las siguientes.

10. Si 𝑇𝑜 es menor que 0ºC (32ºF) se deberá especificar a la vez la temperatura mínima y la máxima anticipada, no pudiendo
sobrepasar ésta última los 65.56ºC (150ºF) en el lado de la carcasa.
Eficiencia de las soldaduras (E): Se utiliza para comprobar si se puede confiar en las soldaduras y con qué intensidad ha sido
realizado el proceso de inspección. Se mide en porcentajes. En esta tabla se aprecia la eficiencia en caso de soldadura a tope
completa:

11. Normativa aplicable
Para elegir un determinado tipo de intercambiador es necesario seguir una rutina creada a partir de muchos años de experiencias
en ese ámbito. El primer paso es conocer claramente aquello que queremos hacer, es decir, saber los requerimientos necesarios
para afrontar el diseño. Dentro de estos requerimientos, además de aquellos impuestos por el cliente, se establecen una serie de
normas que se han de cumplir.
1. Diseño térmico y mecánico:
* Heat Exchanger Design Handbook (HEDH).
2. Diseño mecánico:
* Normas Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME). Sección VIII. (Recipientes a presión).
* Recomendaciones Tubular Exchanger Manufacturer Asociation (TEMA).

13. Consideraciones de diseño a seguir para el diseño de un intercambiador de calor:
1.- comprobar el balance de energía, para ello se deben conocer las condiciones del procesamiento, caudales, temperaturas,
presiones, propiedades físicas de los fluidos.
2.- asignar las corrientes al tubo y casco.
3.- dibujar diagramas térmicos.
4.- determinar el número de intercambiadores en serie.
5.- calcular los valores corregidos de la diferencia media de temperaturas (MTD).
6.- seleccionar el diámetro, espesor, material, longitud, y configuración de los tubos.
7.- estimar los coeficientes de la película y de suciedad. Calcular los coeficientes globales de transmisión de calor.
8.- calcular la superficie de calor estimada.
9.- seleccionar el tamaño del casco (utilizando dos pasos en tubo).
10.- calcular las pérdidas de presión en el lado del tubo y re calcular el número de pasos para cumplir con las pérdidas de
presión admisibles.
11.- asumir la separación entre desviadores y el área de paso para conseguir la perdida de presión en el casco admisible.
12.- Re calcular los coeficientes de película en el lado del tubo y del casco utilizando las velocidades másicas disponibles.
13.- Re calcular los coeficientes globales de transmisión de calor y comprobar si tenemos suficiente superficie de intercambio.
14.- si la superficie de intercambio es muy grande o muy pequeña revisar los estimados de tamaño de carcasa.