¿Cómo funciona un intercambiador de calor?

En su núcleo, unaintercambiador de calorFunciona mediante la transferencia de energía térmica (calor) de un fluido caliente a un fluido frío sin permitir que los dos fluidos se mezclen físicamente.

Piensen en cómo funciona un radiador de coche: el motor bombea líquido de enfriamiento caliente en el radiador, y el aire exterior sopla a través de las aletas metálicas del radiador.y en el aireEl motor se enfría y el aire se calienta, pero el aire y el refrigerante nunca se tocan.

Los intercambiadores de calor funcionan enteramente según las leyes fundamentales de la termodinámica.

1. El calor siempre busca el equilibrio:El calor fluye naturalmente de una fuente de alta temperatura a un fregadero de baja temperatura. Nunca fluirá hacia el otro lado a menos que se obligue (lo que requiere un compresor, como en un refrigerador).

2. Convección y conducción:La transferencia de calor ocurre en tres pasos distintos:

   • Convección:El calor se mueve desde el fluido caliente a la pared interna de la barrera metálica.

   • Conducción:El calor viaja a través de la pared de metal sólido.

   • Convección:El calor se mueve desde la pared exterior de la barrera de metal hacia el fluido frío a granel.

Para calcular con exactitud cómo funciona un intercambiador de calor y qué tamaño necesita, los ingenieros utilizan dos fórmulas básicas.

En primer lugar, para determinar elCarga de calor(la cantidad total de energía que se mueve), observamos las propiedades del fluido:

Hay dos formas principales de dirigir el flujo:

Tanto los fluidos calientes como los fríos entran por el mismo extremo y viajan en la misma dirección.

• El resultado:La diferencia de temperatura es enorme en la entrada, pero a medida que viajan, se acercan a una temperatura de equilibrio compartida.Nunca lo haría.dejar el intercambiador más caliente que el líquido caliente lo deja.

El fluido caliente entra en un extremo, y el fluido frío entra en el extremo opuesto, pasando el uno al otro en direcciones opuestas.

• El resultado:Este es el diseño más eficiente. Debido a que el fluido frío siempre se encuentra con un fluido más caliente a medida que viaja, el fluido frío puede salir del intercambiador de calor a una velocidadmás altotemperatura que la temperatura de salida del fluido caliente.

Utilice el simulador interactivo de abajo para ver exactamente cómo estas dos configuraciones de flujo cambian el perfil de temperatura dentro de la máquina.

Los ingenieros manipulan estos principios termodinámicos en diferentes formas físicas para adaptarse a diferentes necesidades industriales:

P: ¿Importa el tamaño del intercambiador de calor?

R: Absolutamente, según la fórmula$Q = U A Delta T_{lm}$, el calor total transferido (¿Qué es eso?) es directamente proporcional a la superficie (¿Qué quieres decir?Un intercambiador de calor más grande tiene una mayor superficie de metal, lo que permite que pase más calor en un tiempo determinado.

P: ¿Qué hace que un intercambiador de calor deje de funcionar eficazmente?

R: El problema más común esel ensuciamientoCon el tiempo, los minerales del agua (como la escala de calcio), el óxido o los lodos biológicos recubren las paredes metálicas.¿Qué quieres decir?) y obligando al sistema a trabajar más duro para alcanzar las mismas temperaturas.

P: ¿Se pueden utilizar intercambiadores de calor para enfriar?

R: Sí. El término "intercambiador de calor" se refiere a la transferencia de calor, independientemente del resultado deseado.Si tu objetivo es hervir agua, el intercambiador de calor (calderas) está añadiendo calor.