En “Intercambio de calor entre fluidos” se introdujo el intercambio de calor entre dos corrientes de fluidos. Debe tenerse en cuenta que para que pueda realizarse la transferencia de calor entre dos fluidos deben existir:
*Una diferencia de temperaturas entre ambas corrientes de fluidos. Cuanto mayor sea esa diferencia de temperaturas, tanto mayor será la velocidad de transmisión de calor.
*Una superficie que separa ambos fluidos (por ejemplo la pared de un tubo cuando un fluido circula por el interior y otro por el exterior). A esta superficie sea la conoce como área de transferencia. Nuevamente, cuanto mayor sea esta área mayor será la cantidad de calor que puede transferirse.
A partir de los dos conceptos anteriores, surge la primera ecuación que ha de tenerse en cuenta a la hora de diseñar un intercambiador de calor:
Q= U * A * ΔT
donde, U se conoce como coeficiente global de transferencia de calor, ΔT es la diferencia de temperatura y A es el área de transferencia.
La segunda ecuación de diseño será aquella que considere las características de los fluidos que intercambian calor:
Q= Wh * Ch* (T1 – T2)= Wc * Cc* (t2 – t1)
donde, W representa la masa de fluido, C la capacidad calorífica, el subíndice h la corriente caliente (hot), el subíndice c la corriente fría (cold) y T las temperaturas de entrada y salida de cada fluido.
Esta última ecuación está asociada a los balances de calor y permite calcular la cantidad de calor que debe ser transferido para logran una determinada condición de proceso sobre las corrientes que participan en el intercambio; es decir, la cantidad de calor que debe intercambiarse para que las corrientes alcancen una temperatura de salida deseada. Estas ecuaciones están asociadas a un planteo termodinámico y son independientes del diseño del equipo con el que se llevará adelante el intercambio de calor.
Por otro lado, la primera ecuación corresponde a una ecuación cinética de transferencia de calor, y permite calcular el área del equipo necesaria para llevar adelante la transferencia de ese calor Q calculado. Esta área dependerá del coeficiente de transferencia; que a su vez depende del diseño del equipo.
A la hora de un diseño exitoso una de los puntos que se persigue es el mayor valor posible del coeficiente de transferencia que sea compatible con las restricciones impuestas por el proceso.
Por último, y en relación a lo anterior, la tercera ecuación que será necesaria para el diseño de un intercambiador de calor, será aquella que permita el cálculo del coeficiente de transferencia U.