Calculadora de intercambiador de calor
Calcule la carga térmica, los caudales requeridos y las temperaturas de salida de un intercambiador de calor mediante el método de la diferencia de temperatura media logarítmica (LMTD). Compatible con disposiciones a contracorriente, en paralelo y de flujo cruzado.
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Resultado del intercambiador de calorCómo funciona
La calculadora de intercambiador de calor usa ecuaciones fundamentales de transferencia de calor para determinar la carga térmica, las temperaturas de salida o los caudales requeridos. El método de la diferencia de temperatura media logarítmica (LMTD) se utiliza para tener en cuenta la diferencia de temperatura variable a lo largo del intercambiador.
Ecuación de carga térmica
La tasa de transferencia de calor (carga térmica) se calcula con:
Q = ṁ × Cp × ΔT
Donde:
- • Q = Carga térmica (tasa de transferencia de calor) en vatios
- • ṁ = Caudal másico en kg/s
- • Cp = Capacidad calorífica específica en J/(kg·K)
- • ΔT = Diferencia de temperatura entre la entrada y la salida
Cálculo de LMTD
La diferencia de temperatura media logarítmica tiene en cuenta el perfil de temperatura no lineal:
LMTD = (ΔT₁ − ΔT₂) / ln(ΔT₁ / ΔT₂)
Para contracorriente: ΔT₁ = Th,in − Tc,out y ΔT₂ = Th,out − Tc,in. Para flujo paralelo: ΔT₁ = Th,in − Tc,in y ΔT₂ = Th,out − Tc,out.
Área superficial requerida
El área de transferencia de calor necesaria se deriva de:
A = Q / (U × LMTD)
Donde U es el coeficiente global de transferencia de calor en W/(m²·K) y A es el área superficial de transferencia de calor requerida en m².
Valores U típicos
Coeficientes globales de transferencia de calor de referencia para configuraciones comunes:
| Configuración | U (W/(m²·K)) |
|---|---|
| Agua a agua | 800 – 1500 |
| Agua a aceite | 100 – 350 |
| Vapor a agua | 1000 – 6000 |
| Vapor a aceite | 50 – 300 |
| Gas a gas | 10 – 40 |
| Gas a agua | 10 – 250 |
Propiedades de los fluidos
Valores de capacidad calorífica específica (Cp) usados para los fluidos predefinidos:
| Fluido | Cp (J/(kg·K)) | Densidad (kg/m³) |
|---|---|---|
| Agua | 4186 | 998 |
| Glicol 30% | 3850 | 1038 |
| Glicol 50% | 3480 | 1070 |
| Vapor | 2010 | 0.6 |
| Aceite | 2000 | 870 |
Preguntas frecuentes
Aquí encontrará las respuestas a las preguntas frecuentes sobre los cálculos de intercambiadores de calor.
Preguntas frecuentes
¿Qué es la LMTD y por qué se usa en el diseño de intercambiadores de calor?
La LMTD (diferencia de temperatura media logarítmica) es un promedio logarítmico de la diferencia de temperatura entre los fluidos caliente y frío a lo largo del intercambiador de calor. Se utiliza porque la diferencia de temperatura varía a lo largo del intercambiador, y un simple promedio aritmético sobreestimaría la fuerza impulsora efectiva. La LMTD ofrece una representación precisa para dimensionar intercambiadores de calor cuando se conocen las temperaturas de entrada y de salida.
¿Cuál es la diferencia entre los intercambiadores de calor a contracorriente y en paralelo?
En la disposición a contracorriente, los fluidos caliente y frío fluyen en direcciones opuestas, lo que produce una LMTD mayor y una transferencia de calor más eficiente. La salida del fluido frío puede acercarse a la temperatura de entrada del fluido caliente. En la disposición en paralelo, ambos fluidos fluyen en la misma dirección, lo que da como resultado una LMTD menor. La temperatura de salida del fluido frío queda limitada a la temperatura de salida del fluido caliente. Por lo general, se prefiere la contracorriente para maximizar la recuperación de calor.
¿Qué es el coeficiente global de transferencia de calor (valor U)?
El coeficiente global de transferencia de calor (U) representa la resistencia térmica total entre los dos fluidos, incluyendo la convección en ambos lados y la conducción a través de la pared del tubo. Se mide en W/(m²·K) y depende de las propiedades de los fluidos, las velocidades de flujo, el material del tubo y la geometría. Valores U más altos indican una transferencia de calor más eficiente. Los valores típicos van desde 10 W/(m²·K) para intercambiadores de gas a gas hasta más de 5000 W/(m²·K) para condensación de vapor a agua.
¿Cómo afecta el ensuciamiento al rendimiento del intercambiador de calor?
El ensuciamiento es la acumulación de depósitos sobre las superficies de transferencia de calor, lo que añade resistencia térmica y reduce el valor U efectivo. Los tipos comunes incluyen la incrustación por agua dura, el crecimiento biológico, los productos de corrosión y la deposición de partículas. Los ingenieros suelen aplicar un factor de ensuciamiento (Rf) para tener en cuenta esta degradación al dimensionar los intercambiadores de calor. Los programas de limpieza periódica y el tratamiento adecuado del agua ayudan a mantener el rendimiento y a prolongar la vida útil del equipo.
¿Cómo determino la carga térmica de un intercambiador de calor?
La carga térmica (Q) es la tasa de transferencia de calor en el intercambiador, calculada como Q = caudal másico × capacidad calorífica específica × cambio de temperatura para el lado caliente o el lado frío. En un sistema equilibrado, el calor cedido por el fluido caliente es igual al calor ganado por el fluido frío. La carga térmica se expresa normalmente en kilovatios (kW) o BTU/h y es el parámetro principal para seleccionar y dimensionar intercambiadores de calor para una aplicación dada.
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