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Intercambiador: DTML y superficie

Indique caudales y temperaturas de los dos fluidos, la disposición y el coeficiente global y obtenga el calor intercambiado, la temperatura de salida, la DTML, el factor F, la superficie y la rentabilidad de la inversión cuando el calor se recupera.

Herramienta de predimensionamiento y estimación: los resultados no sustituyen al proyecto, cálculo o informe firmado por un técnico competente ni la verificación conforme a las normas aplicables.

Predimensionamiento
Fluido caliente
Fluido frío
Intercambiador
Recuperación de calor

Si el calor recuperado sustituye vapor o combustible, indique el costo del calor entregado (precio por GJ ÷ rendimiento).

Análisis económico
—Superficie de intercambio necesaria
—

Perfil de temperaturas a lo largo del intercambiador

Temperaturas de los dos fluidos a lo largo de la superficie, por el método ε-NTU.

Toque el gráfico para ver los valores.

Calor recuperado y superficie según la salida del fluido caliente

Enfriar más el fluido caliente recupera más calor, pero la superficie crece deprisa cerca del límite.

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Rentabilidad del proyecto

Flujo de caja de la mejora: inversión en el año 0 y ahorro anual actualizado con la subida indicada, descontado a la tasa de descuento.

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La memoria reúne entradas, resultados, ecuaciones, hipótesis y referencias de esta página, con campos para proyecto, responsable y revisión. En la ventana de impresión, elija Guardar como PDF.

Método, hipótesis y referencias

Ecuaciones utilizadas

Balance: Q = ṁc · cpc · (Tc,e − Tc,s) = ṁf · cpf · (Tf,s − Tf,e)
DTML = (ΔT1 − ΔT2) ÷ ln(ΔT1 ÷ ΔT2); contracorriente: ΔT1 = Tc,e − Tf,s, ΔT2 = Tc,s − Tf,e
Factor F (1 paso por carcasa, 2+ por tubos): F = √(R²+1) · ln[(1 − P) ÷ (1 − PR)] ÷ {(R − 1) · ln[(2 − P(R + 1 − √(R²+1))) ÷ (2 − P(R + 1 + √(R²+1)))]}
U con ensuciamiento: 1 ÷ Ud = 1 ÷ Ulimpio + Rf; superficie: A = Q ÷ (Ud · F · DTML)
Eficacia: ε = Q ÷ (Cmín · (Tc,e − Tf,e)); NTU = Ud · A ÷ Cmín

Hipótesis y límites

  • Calores específicos constantes, sin cambio de fase y sin pérdidas al ambiente.
  • U indicado por el usuario: el coeficiente real depende de las velocidades, la geometría y las propiedades de los fluidos (Kern, Bell-Delaware).
  • El perfil de temperaturas de carcasa y tubos se dibuja como contracorriente equivalente (UA corregido por F).
  • Inversión proporcional a la superficie; no incluye pérdida de carga ni costo de bombeo.

Normas y documentos técnicos

  • TEMA, Standards of the Tubular Exchanger Manufacturers Association, 10th ed. (2019): fouling resistances and construction
  • Bowman, R. A.; Mueller, A. C.; Nagle, W. M. (1940). Mean temperature difference in design. Trans. ASME 62
  • Kern, D. Q., Process Heat Transfer; Incropera, F. P. et al., Fundamentals of Heat and Mass Transfer (ε-NTU)
  • ASME BPVC Section VIII, Division 1: shell-and-tube exchangers as pressure vessels

Legislación aplicable

  • Consulte la legislación vigente en su país sobre seguridad y salud en el trabajo, equipos a presión, instalaciones eléctricas y medio ambiente que se aplique a esta instalación.

Preguntas frecuentes

¿Cómo se calcula la superficie de un intercambiador?

Haga el balance para obtener el calor intercambiado y la temperatura que falta, calcule la DTML entre los extremos y divida: A = Q ÷ (U · F · DTML). Use U con ensuciamiento, como recomienda TEMA.

¿Cuándo se usa el factor F?

En intercambiadores de carcasa y tubos con más de un paso por tubos, el flujo no es contracorriente pura. El factor F corrige la DTML; por debajo de 0,8 el diseño es malo y suele requerir carcasas en serie.

¿Qué valor de U usar?

Para estimar: agua-agua 800 a 1500 W/(m²·K); vapor condensando que calienta agua 1500 a 4000; aceite-agua 150 a 400; gas-gas 10 a 50. Confírmelo con el fabricante o con un cálculo detallado.