Los intercambiadores de calor permiten transferir calor entre dos fluidos sin mezclarlos, a través de convección en cada fluido y conducción a través de la pared separadora. Existen varios tipos como de tubos concentricos, de flujo paralelo u opuesto, compactos de flujo cruzado, de placas o enchaquetados. Su análisis requiere considerar factores como la diferencia de temperatura media logarítmica y el coeficiente global de transferencia térmica.

1. INTERCAMBIADORES
DE CALOR

2. Intercambiadores de calor

3. Los intercambiadores de calor son equipos
que permiten el intercambio de calor entre
dos fluidos, sin permitir que se mezclen
entre si.
En un intercambiador la transferencia de
calor suele comprender convección en cada
uno de los fluidos y conducción a través de la
pared que los separa.

4. Desde el punto de vista de diseño, existen dos
formas de enfoque:
-Dimensionamiento de un Intercambiador
-Cálculo de la energía transmitida
Se deben considerar problemas constructivos
como:
-Dilatación y Contracción Térmica
-Problemas de depósitos y/o erosión
-Dimensiones prácticas
-Problemas de corrosión

5. Tipos de intercambiadores de calor
Los intercambiadores se fabrican en diversos
tipos, siendo el mas simple el de tubos
concentricos:

6. Tipos de intercambiadores de calor
Para tubo doble tipo de flujo paralelo, tanto el
fluido caliente como el frío entra al
intercambiador por el mismo extremo y se
mueven en la misma dirección.

7. Tipos de intercambiadores de calor
Por otra parte, en el de tipo contracorriente los
fluidos caliente y frio entran en el
intercambiador por los extremos opuestos y
fluyen en direcciones opuestas.

8. Tipos de intercambiadores de calor
En los intercambiadores compactos los dos
fluidos se mueven perpendiculares entre si y esa
configuración de flujos se le denomina flujo
cruzado.

9. a) Tubos con aletas. (tubos planos, Aletas de placa
continua).
b) Tubos con aletas. (tubos circulares, aletas de placa
continua).
c) Tubos con aletas. (tubos circulares, aletas circulares).
Tipos de intercambiadores de calor

10. d) Aletas de Placa (un solo paso).
e) Aletas de Placa (multipaso).
Tipos de intercambiadores de calor

11. Otro tipo común de intercambiador que se
encuentran en las aplicaciones industriales son
los de tubos y coraza.
Tipos de intercambiadores de calor

15. Tipos de intercambiadores de calor
Otro tipo común de intercambiador que se encuentran en
las aplicaciones industriales (Alimentos) son los de Placas.

16. Tipos de intercambiadores de calor
Otra clase de intercambiador que se encuentran en las
aplicaciones industriales son los de Espiral.

18. Tipos de intercambiadores de calor
Intercambiadores de calor Enchaquetados.

19. Cálculos para intercambiadores de calor
COEFICIENTE GLOBAL.
En el análisis de los intercambiadores de calor
resulta conveniente trabajar con un coeficiente de
transferencia de calor total U o una resistencia
térmica total R expresada como:
en donde los subíndices i y o
se refieren a las superficies
interior y exterior de la
pared que separa los dos
fluidos, respectivamente.

20. T
UA
q'

21. Cuando el espesor de la pared
del tubo es pequeño y la
conductividad del material del
tubo es elevada (Rpared ≈ 0), y
la superficie interior y
exterior del mismo son casi
idénticas (A ≈ Ai ≈ Ao), la
ultima relación se simplifica
para quedar (U ≈ Ui ≈ Uo),

22. Factor de Incrustación.
Los efectos de la incrustación tanto sobre la superficie
interior como sobre la exterior de los tubos de un
intercambiador de calor se pueden tomar en cuenta
por medio de:
Rf,i y Rf,o son los
factores de
incrustación en
esas superficies.

23. Algunos factores de incrustación:

25. Análisis de Intercambiadores de calor:
Método de la Diferencia de Temperatura
Media Logarítmica.
De los métodos usados en el análisis de los
intercambiadores de calor, el de la diferencia
de temperatura media logarítmica (LMTD) es
el más adecuado para determinar el tamaño
de un intercambiador cuando se conocen
todas las temperaturas de entrada y salida.

26. ΔTln es la diferencia de temperatura media
logarítmica, la cual es la forma apropiada de la
diferencia de temperatura promedio para
usarse en el análisis de los intercambiadores.
En este caso, ΔT1 y ΔT2 representan las
diferencias de temperatura entre los dos
fluidos en dos extremos (de entrada y de
salida) del intercambiador.
ln
' T
UA
q
2
1
2
1
ln
ln
T
T
T
T
T

27. Para tubo doble tipo de flujo paralelo, tanto
el fluido caliente como el frío entran al
intercambiador por el mismo extremo y se
mueven en la misma dirección.

28. Para tubo doble tipo de flujo en
contracorriente, el fluido caliente y el fluido
frío entran al intercambiador por los
extremos opuestos del mismo y fluyen en
direcciones opuestas

29. Intercambiadores de Calor de pasos
múltiples y de flujo cruzado.

30. Intercambiadores de Calor de pasos
múltiples y de flujo cruzado.
Para los intercambiadores de tubos y coraza de
pasos múltiples y de flujo cruzado (compactos),
la diferencia de temperatura media logarítmica
esta relacionada con la correspondiente al de
contraflujo ΔTln CF como:
CF
F T
F
T ln,
ln,

31. en donde F es el factor de corrección, que
depende de la configuración geométrica del
intercambiador y de las temperaturas de
entrada y salida de las corrientes de los
fluidos caliente y frio.
CF
F T
F
T ln,
ln,

32. 2
1
2
1
ln,
ln
T
T
T
T
T CF CF
T
UAF
q ln,
'

36. Ejemplo:
 Un intercambiador de calor de tubos concéntricos, se
usa para enfriar un aceite lubricante. El flujo de agua
de enfriamiento a través del tubo interno (Di=25 mm)
es 0.2 kg/s, mientras que el flujo de aceite a través
del anillo exterior (Do=45 mm) es 0.1 kg/s. El aceite y
el agua, ingresan a temperaturas de 100º y 30ºC
respectivamente. Qué longitud debe tener el
intercambiador si la temperatura de salida del aceite
debe ser de 60ºC.
 A) Para flujo en paralelo
 B) Para flujo en contracorriente
(Cp Aceite: 2131 J/kgºK; Cp Agua: 4178 J/kgºC
U=37.8W/m2 ºK )

37. Ejemplo:
 Si se desea construir un intercambiador de dos
pasos de tubo con uno de coraza, calcular el área
del mismo, para las mismas condiciones del
ejemplo anterior.
 Cp Aceite: 2131 J/kgºK; Cp Agua: 4178 J/kgºC
U=37.8W/m2 ºK )