Un intercambiador de calor funciona permitiendo que el calor de un fluido pase a otro fluido más frío sin que se mezclen o entren en contacto directo.
Por ejemplo, imagine una tubería con otra tubería alrededor. El tubo interior podría permitir que un fluido caliente pase a través de él mientras que un fluido más frío pasa simultáneamente a través del tubo exterior. Esto permitiría que el fluido más frío reduzca la temperatura del más caliente, ya que el fluido más caliente aumenta simultáneamente el calor del más frío. Por supuesto, este es un ejemplo muy básico de intercambio de calor, y hay una serie de otros factores a considerar al investigar los intercambiadores de calor:
1. Pases
Al curvar las tuberías, por ejemplo en forma de "S", puede permitir que los fluidos hagan más de una "pasada" antes de salir del intercambiador de calor. Un solo paso es una tubería recta, donde el fluido entra por un extremo y sale por el otro extremo del intercambiador de calor con bastante rapidez. Un paso doble utiliza forma de U, de modo que el fluido entra y sale del intercambiador de calor por el mismo extremo, prolongando el tiempo que los fluidos pasan entre sí en el intercambiador de calor. Un paso triple utiliza una formación en forma de 'S' que permite que el fluido viaje a lo largo del intercambiador de calor tres veces antes de salir. Cuanto mayor sea el número de pasadas, mayor será la cantidad de transferencia de calor disponible, simplemente porque los fluidos permanecen juntos en el sistema durante más tiempo, aunque esto también puede provocar caídas de presión y pérdida de velocidad.
2. Cruce de temperatura
El cruce de temperatura ocurre cuando el calor del fluido más frío comienza a cruzarse con la temperatura del fluido caliente en el intercambiador de calor. Por ejemplo, el aceite que ingresa a un intercambiador de calor a 80⁰C junto con el agua a una temperatura de 30⁰C, podría ver sus temperaturas cruzarse si el aceite se reduce a 50⁰C cuando el agua alcanza los 51⁰C. En este punto, el fluido más frío (agua) se ha calentado más que el aceite. El cruce de temperaturas puede reducir significativamente la eficiencia de un intercambiador de calor, particularmente cuando se enfría. Esto se puede evitar aumentando el caudal del refrigerante (consulte 'Caudal' a continuación), de modo que haya más refrigerante en el sistema. Cuando el cruce de temperatura es inevitable, la mejor solución es utilizar un intercambiador de calor de placas (consulte 'Tipos de intercambiador de calor, a continuación).
3. Diferencial de temperatura
Esto se refiere a la diferencia de temperatura entre el refrigerante y el fluido caliente, que es importante en un intercambiador de calor, como se muestra en el "cruce de temperatura" (arriba). El refrigerante debe mantenerse a una temperatura más baja que el fluido caliente y, cuanto más frío esté el refrigerante, más eficaz será para extraer calor del fluido caliente.
4. Caudal
Esta es la cantidad de fluido que pasa a través de una sección transversal de una tubería en un período de tiempo específico. Se calcula como el volumen de fluido por el tiempo que el fluido ha fluido; un mayor caudal aumenta potencialmente la capacidad del intercambiador de calor para transferir calor. Sin embargo, más fluido también significa una mayor masa para transportar, además de una mayor pérdida de presión y velocidad.