En “Introducción al diseño de intercambiadores de calor” se plantearon las tres ecuaciones que son necesarias a la hora de diseñar un intercambiador de calor.
Una de ellas era:
Q= U*A*ΔT
Que puede reordenarse como sigue:
Q= ΔT/(1/U*A)
Vista de esta forma puede considerarse que ΔT es la fuerza impulsora que genera la transmisión de calor, y (1/U*A) actúa como resistencia a la transmisión de calor.
Para intercambiadores de tubos metálicos puede calcularse esta resistencia como sigue:
1/Uc= 1/(hi*(Ai/Ao)) + 1/ho
donde Ai es el área interna, Ao es el área externo, hi se conoce como coeficiente pelicular del fluido interno y ho es el coeficiente pelicular del fluido externo. Para el cálculo de estos coeficientes peliculares existen ecuaciones en función del número de Reynolds que pueden encontrarse en cualquier bibliografía relacionada al intercambio de calor.
Cuando un equipo de transferencia de calor ha estado en operación durante un tiempo, suelen depositársele incrustaciones o basuras (tanto en la parte interna como en la externa) que disminuye la cantidad de calor que el intercambiador es capaz de transmitir. Esto agrega dos resistencias más a la analizada anteriormente.
Para evitar que con el paso del tiempo el calor intercambiado no sea suficiente para lograr las condiciones de proceso necesarias, suelen diseñarse los equipos anticipando este depósito. Es decir que se realiza una estimación preliminar que puede llegar a tener esta resistencia durante el tiempo de servicio entre dos limpiezas del equipo (generalmente estos valores se encuentran tabulados).
Se conoce como Rfi a la resistencia que agrega un depósito en la cara interna del área de intercambio y como Rfo a la que agrega un depósito en la cara externa. Entonces, la resistencia total a la transmisión de calor una vez que se produzcan estos depósitos se calcula como:
1/U= 1/(hi*(Ai/Ao)) + 1/ho + Rfi + Rfo
Cuando el equipo se pone en funcionamiento el coeficiente de transferencia de calor tendrá un valor Uc, que irá disminuyendo con el paso del tiempo hasta un valor U (a medida que el equipo se vaya ensuciando). Cuando Uc alcanza el valor de U, el equipo deberá ser limpiado ya que de otro modo no podrá transferir el calor necesario.