Por: Christiani Gale y Micaela González
Concepto:
Un
intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para transferir calor entre
dos fluidos o entre la superficie de un sólido y un fluido en movimiento. Son
elementos fundamentales en los sistemas de calefacción, refrigeración,
acondicionamiento de aire, producción de energía y procesamiento químico,
además en aparatos de la vida cotidiana como calentadores, frigoríficos,
calderas, ordenadores, el radiador del motor de un auto, etc.
Ilustración 1 Esquema de un intercambiador de calor sencillo
Funcionamiento:
La
forma más simple de un intercambiador de calor es un intercambiador de
calor de tubo doble, el cual se compone de dos tubos concéntricos de
diámetros distintos. Un fluido corre por el tubo interno mientras otro lo hace
en el espacio anular entre ambos tubos. El calor se transfiere del fluido
caliente al frío a través de la pared que los separa. Algunas veces el tubo
interno tiene un par de vueltas dentro de la coraza para aumentar el área de
transferencia de calor y, por consiguiente la tasa de transferencia de calor.
Ilustración 2 Intercambiador de calor simple
Propiedades en la entrada y en la salida:
Según
el principio de conservación de la masa, en operación estacionaria, el flujo
másico de cada corriente de fluido que fluye por un intercambiador de calor
permanece constante.
Los
cambios de energía cinética y potencial son insignificantes para cada corriente
de flujo (∆ec≅0,∆ep≅0)
La
tasa de transferencia de calor relacionada con los intercambiadores de calor
depende de cómo se selecciona el volumen de control. Están diseñados para
transferencia de calor entre dos fluidos dentro del dispositivo, por lo que
normalmente la coraza externa está bien aislada para evitar cualquier pérdida
de calor hacia el medio circundante.
Cuando
todo el intercambiador de calor se selecciona como el volumen de control, la tasa de transferencia de calor se vuelve cero porque la
frontera para este caso queda justo debajo del aislamiento y poco o nada de
calor la cruza. Sin embargo, si únicamente se selecciona un fluido como el
volumen de control, entonces el calor cruzará esta frontera y pasa de un fluido
a otro, y la tasa de transferencia de calor no será cero, sino que será la tasa de transferencia de calor
entre los dos fluidos.
Los
intercambiadores de calor funcionan de forma tal que
En
cuanto a la conservación de la masa en los intercambiadores de calor debe
cumplirse las siguientes condiciones
Si tomamos como sistema el fluido A, la primera ley de la termodinámica quedaría de la siguiente manera
Si
tomamos como sistema el fluido B, la primera ley de la termodinámica quedaría
de la siguiente manera
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