Cómo calcular la efectividad de un intercambiador de calor

Dentro de la industria, es muy importante conocer la efectividad de un intercambiador de calor, pues estos equipos se emplean mucho en estas instalaciones con el fin de elevar la temperatura de un fluido, refrigerarlo, condensar gases, etc.

Es algo tan común que incluso se utiliza un intercambiador de calor específico en cada caso, consiguiendo que en los procesos industriales se ahorre mucho dinero y tiempo.

Qué es la efectividad de un intercambiador de calor

Entramos aquí en términos que tienen que ver con la física y que no son fáciles de comprender para aquellas personas que están fuera de la industria.

Dicho de una manera sencilla, la efectividad (también se denomina eficiencia) de un intercambiador de calor nos habla del calor que pasa de un fluido a otro, en comparación con la que se habría dado si la transferencia hubiese sido perfecta.

La transferencia nunca es perfecta, pues en el proceso entran varios factores que veremos después y que son de los que depende esta efectividad.

Fórmula para definir la efectividad de un intercambiador de calor

Existe una fórmula de intercambio de calor, de manera que los profesionales de las fábricas pueden saber cómo se va a comportar el proceso y qué esperar de él antes de que se inicie.

Con este fin, se emplea esta ecuación η = (Q / W) x 100  en donde “η” es la efectividad y se expresa mediante un porcentaje, “W” el trabajo que se necesita para mover el fluido y “Q” el flujo del calor que va desde el fluido que está caliente al que está frío.

Las magnitudes Q y W hay que calcularlas con anterioridad. De este modo, con el fin de saber cuál es el valor Q, antes debemos conocer las diferencias de calor entre los fluidos, así como sus tasas de entrada y salida de calor.

En cuanto a W, averiguaremos su valor sabiendo qué cantidad de fluido se va a mover por el intercambiador y qué cantidad energía es necesaria para hacerlo.

Una vez que conocemos ambas, averiguar la efectividad del intercambiador es tan fácil como colocar sus valores en la ecuación, dividirlos y multiplicar el resultado por cien.

De qué factores depende

A la hora de explicar que es un intercambiador de calor, y para qué sirve, no hay que olvidar que la eficiencia de este varía mucho dependiendo de las distintas situaciones, pues hay varios factores que afectan a la misma.

El tipo de intercambiador

En el mercado, hay diferentes tipos de intercambiadores, como los de tubo en espiral, los intercambiadores de calor de placas, los intercambiadores de calor multitubulares, etc., cada uno con una eficiencia distinta y mejor adaptados a uno u otro proceso.

Por ejemplo, el intercambiador de calor tubular es uno de los más empleados debido a que es muy seguro en situaciones que requieren de una gran limpieza,fluidos particulados y viscosos como las que se dan en la industria farmacéutica y alimentación. Es posible que no sea el más eficiente, pero sí el más indicado en estas condiciones.

El tamaño de este también tiene mucho que ver, así como su geometría. Dependiendo de ambos, la superficie de intercambio se ve afectada, y también el flujo de los fluidos, por lo que los datos de la ecuación que nos da la efectividad cambian por completo, alterando el resultado.

Se calcula que con un intercambiador de contraflujo es posible llegar a conseguir una eficiencia de hasta el 95 %, por lo que será uno de los mejores siempre que se pueda usar, bajando al 85 % en el caso de los rotativos y al 75 % si hablamos de los de flujo cruzado.

Mantenimiento del intercambiador

Como cualquier otra pieza de un proceso industrial, los intercambiadores de calor también requieren de cierto mantenimiento, y es que dentro de ellos se puede acumular la suciedad e incluso producirse corrosión, lo que depende bastante del tipo de fluidos que recorran su interior.

Así, si no está limpio, su eficiencia baja mucho, por lo que es conveniente mantenerlo de una forma adecuada sin dilatar demasiado las limpiezas, en especial si trabaja con fluidos que son corrosivos.

Propiedades del fluido y transferencia de calor

Todos los fluidos tienen propiedades físicas diferentes. Esto significa que cada uno de ellos posee una conductividad térmica que es única, una resistencia térmica y un coeficiente de calor.

No hay que olvidar el flujo de los fluidos, puesto que el trabajo para hacer esto es una de las magnitudes de la ecuación que calcula la eficiencia, lo que da una muestra de su influencia en ella.

La efectividad de un intercambiador de calor depende de varios factores, pero los fundamentales son el tipo de fluido y el del intercambiador. Existe una fórmula que nos ayuda a calcularla, de manera que antes de iniciar el proceso vamos a poder saber cómo será la eficiencia expresada con un porcentaje, algo que nos ayudará a decantarnos por uno u otro intercambiador.

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