2. Intercambiadores de calor
Un intercambiador de calor es un dispositivo
diseñado para transferir calor entre dos medios, que
estén separados por una barrera o que se
encuentren en contacto. Son parte esencial de los
dispositivos de refrigeración, acondicionamiento de
aire, producción de energía y procesamiento químico.
Un intercambiador típico es el radiador del motor de
un automóvil, en el que el fluido refrigerante,
calentado por la acción del motor, se refrigera por la
corriente de aire que fluye sobre él y, a su vez,
reduce la temperatura del motor volviendo a circular
en el interior del mismo.
3. Tipos de Intercambiadores de
Calor
Para la clasificación de los
intercambiadores de calor tenemos tres
categorías importantes:
Regeneradores
Intercambiadores de tipo abierto
Intercambiadores de tipos cerrados o
recuperadores
4. Regeneradores
Son intercambiadores en donde un
fluido caliente fluye a través del mismo
espacio seguido de uno frío en forma
alternada, con tan poca mezcla física
como sea posible entre las dos
corrientes. La superficie, que
alternativamente recibe y luego libera la
energía térmica, es muy importante en
este dispositivo.
5. Intercambiadores de tipo abierto
Los intercambiadores de calor de tipo
abierto son dispositivos en los que las
corrientes de fluido de entrada fluyen
hacia una cámara abierta, y ocurre una
mezcla física completa de las corrientes.
Las corrientes caliente y fría que entran
por separado a este intercambiador
salen mezcladas en una sola.
6. Intercambiadores de tipos
cerrados o recuperadores
Los intercambiadores de tipo cerrado son
aquellos en los cuales ocurre transferencia
de calor entre dos corrientes fluidas que no
se mezclan o que no tienen contacto entre
sí. Las corrientes de fluido que están
involucradas en esa forma están
separadas entre sí por una pared de tubo,
o por cualquier otra superficie que por
estar involucrada en el camino de la
transferencia de calor.
7. Clasificación según su aplicación
Calderas:
Las calderas de vapor son unas de las primeras
aplicaciones de los intercambiadores de calor. Con
frecuencia se emplea el término generador de vapor
para referirse a las calderas en las que la fuente de
calor es una corriente de un flujo caliente en vez de
los productos de la combustión a temperatura
elevada.
Condensadores:
Los condensadores se utilizan en aplicaciones
tan variadas como plantas de fuerza de vapor,
plantas de proceso químico y plantas eléctricas
nucleares para vehículos espaciales.
8. Torres de enfriamiento:
Las torres de enfriamiento se han
utilizado ampliamente para desechar en
la atmósfera el calor proveniente de
procesos industriales en vez de hacerlo
en el agua de un río, un lago o en el
océano.
9. Su relación con la
Termodinámica
• La ciencia de la transferencia de calor pretende
explicar cómo la energía térmica puede ser transferida
y predecir la rapidez con la que, tendrá lugar.
• La termodinámica trata sistemas en equilibrio; puede
usarse para predecir la cantidad de energía requerida
para llevar un sistema desde un estado de equilibrio a
otro; no para predecir la rapidez del cambio, ya que el
sistema no está en equilibrio durante el proceso.
• El hecho de que el objetivo deseado del análisis sea
la rapidez de la transferencia del calor, señala la
diferencia entre la transferencia de calor y la
termodinámica.
10. 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.
11. Respuesta térmica transitoria
Si un cuerpo sólido se somete a un
cambio repentino en el medio
ambiente, debe transcurrir cierto
tiempo antes que se establezca en él
una condición de temperatura en
equilibrio.
12. En el proceso de calentamiento o
enfriamiento transitorio que tiene lugar
en el periodo intermedio antes que
establezca el equilibrio, el análisis debe
modificarse para tomar en cuenta el
cambio de la energía interna del cuerpo
con el tiempo, y se deben ajustar las
condiciones de frontera para que
correspondan a la situación física que
aparece en el problema de transferencia
de calor en estado transitorio.