Los intercambiadores de calor transfieren calor entre dos fluidos a diferentes temperaturas separados por una pared sólida. Se clasifican en cuatro tipos según su arreglo de flujo y tipo de construcción. El análisis térmico expresa el calor transferido en términos del coeficiente global de transferencia de calor, el área de transferencia, y las temperaturas de entrada y salida de los fluidos.

2. FUNDAMENTO TEORICO
Entre las principales razones por las que se utilizan los
intercambiadores de calor se encuentran las siguientes:
• Calentar un fluido frío mediante un fluido con mayor temperatura.
• Reducir la temperatura de un fluido mediante un fluido con menor
temperatura.
• Llevar al punto de ebullición a un fluido mediante un fluido con
mayor temperatura.
• Condensar un fluido en estado gaseoso por medio de un fluido frío.
• Llevar al punto de ebullición a un fluido mientras se condensa un
fluido gaseoso con mayor temperatura.

3. INTERCAMBIADORES DE CALOR
El proceso de intercambio de calor entre dos fluidos que están a diferentes temperaturas y
separados por una pared sólida se realiza en dispositivos que se utilizan para llevar a cabo este
intercambio y que se denominan intercambiadores de calor.
A continuación se considerarán los principios de transferencia de calor necesarios para diseñar y/o
evaluar el funcionamiento de un intercambiador de calor.
Los intercambiadores de calor se clasifican en cuatro tipos, según:
1- Arreglo del flujo
Flujo paralelo
Contraflujo
Flujo cruzado
2- Tipo de construcción
Doble tubo
Tubo y coraza
Compactos

4. Intercambiador de calor de tubo y coraza
Intercambiador de calor de tubo y coraza con un paso po coraza y tubos (contraflujo cruzado)

5. DISPOCISION DE FLUJOS :
• DISTRIBUCIÓN EN CONTRACORRIENTE:
Cuando los fluidos calientes y fríos entran por los
extremos opuestos del intercambiador y fluyen en
direcciones opuestas. Como se ilustra en la figura
(4), se presenta una disposición en
contracorriente cuando los dos fluidos fluyen en
la misma dirección pero en sentido opuesto.
90ºC
º
78ºC
70ºC
82ºC

6. DISPOCISION DE FLUJOS :
• DISTRIBUCIÓN DE FLUJO EN PARALELO:
• Cuando los fluidos caliente y frió, entran por el mismo
extremo del intercambiador, fluyen a través de él en la
misma dirección y salen por el otro extremo. Como se
ilustra en la figura (3), existe un flujo paralelo cuando el
flujo interno o de los tubos y el flujo externo o de la
carcaza ambos fluyen en la misma dirección. E
82ºC
78ºC
70ºC
90ºC

7. Tabla 11.2 Valores representativos del coeficiente global de transferencia de calor
Combinación de fluidos U [W/m2.K]
Agua con agua 850 - 1700
Agua con aceite 110 - 350
Condensador de vapor (agua en tubos) 1000 - 6000
Condensador de amoníaco (agua en tubos) 800 - 1400
Condensador de alcohol (agua en tubos) 250 - 700
Intercambiador de calor de tubos con aletas (agua en tubos, aire en
25 - 50
flujo cruzado)
11.3 Análisis térmico de un intercambiador de calor
El objetivo de un análisis térmico en un intercambiador de calor es el de ser capaces de expresar
el calor transferido, q, del fluido caliente al fluido frío, en términos del coeficiente global de
transferencia de calor. El área de transferencia de calor A, y las temperaturas de entrada y salida
de los fluidos caliente y frío.

8. Para la transferencia total de calor entre los fluidos caliente y frío podemos
plantear un balance de energía global. Si la pérdida del intercambiador con los
alrededores es despreciable, así como los cambios de energía potencial y
cinética, este da por resultado:
q = mh (ih,i - ih,o )
&
q = m c (ic,o - ic,i )
&
donde i específica es la entalpía del fluido.

9. Se desea obtener una expresión que relacione el calor total
transferido en el intercambiador con la diferencia de temperatura
entre los fluidos caliente y frío
q = UA∆Tm
El área de transferencia de calor A

10. Si los fluidos no experimentan cambio de fase y se suponen calores
específicos constantes, estas expresiones se pueden escribir como
q = mh c p,h (Th,i - Th,o )
&
q = m c c p,c (Tc,o - Tc,i )
&
Se desea obtener una expresión que relacione el calor total transferido en el
intercambiador con la diferencia de temperatura entre los fluidos caliente y frío
q = UA∆Tm

11. Al aplicar un balance de energía a cada uno de los elementos diferenciales de la figura, se tiene
dq = − mh c p,h dTh ≡ − Ch dTh
&
dq = − m c c p,c dTc ≡ − C c dTc
&
donde Ch y Cc son las capacitancias térmicas de los flujos caliente y frío, respectivamente.
La transferencia de calor a través del área superficial dA también se puede expresar como
dq = U∆TdA
ΔT ≡ Th -Tc
d( ∆T ) = dTh − dTc

12. Sustituyendo dTh y dTc de las expresiones anteriores
d( ∆T ) = dq
1
Cc
−
1
Ch ( )
Reemplazando dq e integrando a lo largo del intercambiador, entre los extremos 1 y 2
∫1
2
d( ∆T )
∆T
= U
1
Cc
− (1
Ch )∫ 2
1
dA
( )
 ∆T  1 1
ln  2  = UA −
 ∆T  Cc Ch
 1

13. Sustituimos ahora Ch y Cc de los balances globales para cada fluido
( )
 ∆T 
((T ) −( Th,i −Tc,o ) )
Tc,o − Tc,i Th,i − Th,o
ln  2  = UA
 ∆T  q
−
q
= UA
q h,o − Tc,i
 1
Para un intercambiador en contraflujo las diferencias de temperaturas en los puntos
extremos son
∆T ≡ Th,1 − Tc ,1 = Th,i − Tc,o
1
∆T2 ≡ Th,2 − Tc ,2 = Th,o − Tc ,i
Con lo que la expresión anterior queda

14. Con lo que la expresión anterior queda
∆T2 −∆T1
q = UA
 ∆T2  11.14
ln 
 ∆T1 
Podemos concluir que la diferencia de temperatura media apropiada es la diferencia de
temperatura media logarítmica ∆Tml. En consecuencia podemos escribir
q = UA∆Tml 11.15
donde
∆T2 −∆T1 ∆T1 −∆T2
∆Tml = =
 ∆T2   ∆T1 
ln  ln 
 ∆T1   ∆T2 