En un intercambiador de calor de carcasa y tubos, el refrigerante fluye por lo general a través del “núcleo del tubo” central para refrigerar el aceite caliente, el agua o el aire que pasa a través y alrededor de los tubos. La dirección en la que viajan los dos fluidos a través del intercambiador de calor puede ser en “flujo paralelo” o a “contraflujo”. En este artículo, analizamos por qué el contraflujo es más eficiente y por qué Bowman recomienda este método al instalar sus intercambiadores de calor.
Paralelo o contraflujo: ¿cuál es la diferencia?
La pista está en su nombre: un flujo paralelo se produce cuando el fluido que necesita ser refrigerado fluye a través del intercambiador de calor en la misma dirección que el medio de enfriamiento.
Si bien esta disposición tiene capacidad de refrigeración, tiene sus limitaciones.
A modo de ejemplo, si el fluido caliente entrante tiene una temperatura de aproximadamente 100 °C y el medio refrigerante entrante está a 30 °C, la diferencia de temperatura media entre los dos fluidos disminuye. Esto se debe a que el medio de refrigeración entrante, que viaja en paralelo con el fluido caliente, se calienta gradualmente a lo largo del intercambiador de calor y solo se introduce el agua fría de modo adyacente al área más caliente de la unidad. En este caso, el intercambiador de calor no puede enfriarse a una temperatura más baja que el medio de enfriamiento, como se muestra en la siguiente ilustración.
Esta disposición también puede crear estrés térmico dentro del intercambiador de calor, ya que una mitad de la unidad será considerablemente más cálida que la otra.
¿Cuál es la diferencia con el contraflujo?
En una refrigeración a contracorriente, el medio de enfriamiento entrante absorbe calor a medida que el fluido “caliente” viaja en la dirección opuesta. El medio de refrigeración se calienta a medida que viaja a través del intercambiador de calor, pero a medida que el agua más fría entra en el intercambiador de calor, absorbe más calor, reduciendo la temperatura mucho más de lo que se podría conseguir con un flujo paralelo.
Como muestra la siguiente ilustración, la diferencia de temperatura media entre el medio de refrigeración y el fluido que se enfría es mucho más uniforme a lo largo del intercambiador de calor, lo que reduce significativamente el estrés térmico de la unidad.
¿Entonces, qué significa?
Aunque un intercambiador de calor en disposición de flujo paralelo reducirá la temperatura, no es tan eficiente como uno a contraflujo y, para lograr la temperatura de salida requerida, posiblemente se requiera un intercambiador de calor más grande.
Por el contrario, el contraflujo es significativamente más eficiente y, dependiendo del caudal y la temperatura, el rendimiento de la transferencia de calor podría llegar a ser hasta un 15% más eficiente, probablemente permitiría el uso de un intercambiador de calor más pequeño, y ¡ahorraría espacio y dinero!
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