Calculadora de área de intercambiador de calor (preliminar)
Estima el área de un intercambiador con potencia, U y temperaturas. Incluye corrección F, ensuciamiento y margen de área. También calcula potencia y U.
¿Cómo se calcula el área de un intercambiador de calor?
El calor que transfiere un intercambiador depende del área de la superficie, la diferencia media de temperatura entre los dos fluidos y la facilidad con que el calor atraviesa esa superficie. La relación es:
Q = U × A × F × ΔT_lm
- Q es la potencia térmica (W).
- U es el coeficiente global de transferencia de calor (W/(m²·K)), que combina la convección de ambos lados, la conducción en la pared y el ensuciamiento.
- ΔT_lm es la diferencia media logarítmica de temperatura y F el factor de corrección de la disposición del flujo (1 para contracorriente y flujo paralelo).
El área se obtiene como A = Q / (U × F × ΔT_lm).
¿De dónde sale la potencia térmica?
Normalmente procede del calentamiento o enfriamiento de uno de los fluidos: Q = ṁ × c_p × ΔT. Calentar 1,2 kg/s de agua de 20 °C a 80 °C requiere 1,2 × 4,18 × 60 = 301 kW.
Ejemplo
Supón que se aportan 301 kW en un intercambiador a contracorriente con agua geotérmica que entra a 160 °C y sale a 125 °C. Las diferencias en los extremos son 80 K y 105 K, y la media logarítmica es 92 K. Con U = 640 W/(m²·K), el área necesaria es 301 000 / (640 × 92) = 5,11 m².
U y ensuciamiento
U es el dato más incierto del cálculo. Incluso con los mismos dos fluidos, la velocidad y el tipo de intercambiador pueden hacer que varíe varias veces. Por eso, la herramienta no propone un valor y solo ofrece intervalos orientativos en la ayuda.
Con el tiempo se acumulan incrustaciones, óxido y depósitos en las superficies. Se consideran mediante una resistencia de ensuciamiento: 1 / U_k = 1 / U + R_f. En intercambiadores con U alta, incluso una resistencia pequeña aumenta notablemente el área.
Límites
Esta es una estimación preliminar. En un diseño real, U se calcula a partir de los coeficientes de película de ambos lados, se comprueban las pérdidas de presión y el diseño mecánico sigue el código aplicable. Si no se conocen las temperaturas de salida, usa el método de efectividad y NTU en lugar de LMTD.
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