El coeficiente de transferencia de calor α es una cifra calculada que podemos utilizar para ver indirectamente lo que sucede dentro de un intercambiador de calor. En un mundo ideal la superficie interna del intercambiador de calor permanece limpia durante su funcionamiento. Si este es el caso, la transferencia calórica también se mantiene constante.
Vea la foto de la izquierda. Después de la instalación del Anillo Merus, los tubos están limpios y hay un flujo constante. Si los tubos están limpios o tienen una capa muy delgada de incrustación, la transferencia de calor es muy buena.
Como en la mayoría de los casos no vivimos en un mundo ideal y los intercambiadores de calor están llenos de suciedad. Esto significa que uno puede encontrar todo tipo de incrustaciones, las cuales actúan como un aislante y reducen la transferencia de calor. En Merus el coeficiente de transferencia calórica se usa para controlar la eficacia de los Anillos Merus.
Cómo calcular el coeficiente de transferencia de calor
Para calcular el coeficiente α necesitamos los valores relativamente fáciles de conseguir de la temperatura y el flujo:
El calor transferido (Q) en un intercambiador:
Q = α x A x (T2 – T1) x Δt
α = coeficiente de transferencia calórica, A = área de transferencia de calor, (T2 -T1)= diferencia de temperatura, Δt=marco de tiempo examinado
El calor transferido (Q) a uno de los líquidos:
Q = cp x dm x (T2 – T1) x Δt
cp = capacidad calórica del fluido, dm= volumen de flujo del fluido, (T2 – T1) = diferencia de temperatura, Δt = marco de tiempo examinado
al ecualizar ambas transferencias de calor, así como las temperaturas promedio ΔTm
obtenemos el coeficiente de transferencia calórica (α):
Para el control (desarrollo del coeficiente de transferencia de calor) no se requieren valores absolutos, por lo que es posible establecer A como constante (=1), suponiendo que cp del líquido es siempre el mismo y, por lo tanto, la misma densidad ρ y establecer ambos así como constantes (=1). Como el caudal de masa se puede calcular con dm = dv x ρ (flujo volumétrico por densidad) obtendremos el coeficiente de transferencia de calor “cualitativo” αm .
usando: T2, T1 las temperaturas de entrada y de salida de los fluidos y el volumen de flujo.
La pérdida de calor también se toma como constante.
Si necesita ayuda para hacer el cálculo o cómo analizar/interpretar sus resultados, por favor no dude en escribirnos un correo electrónico.
α es un valor de proceso
La gente pregunta por el coeficiente del agua o por la transferencia calórica del cobre o el acero. No existe tal cosa, ya que la transferencia de calor no depende de un solo material. Es un valor del proceso entre un cuerpo y un fluido. Por ejemplo, del agua de refrigeración al acero de un intercambiador de calor.
El coeficiente de transferencia de calor depende sólo del fluido, su movimiento y la superficie del cuerpo sólido. Sin embargo, no del material del cuerpo sólido.
Para hacerlo más claro:
Supongamos que tenemos tubos en el agua (por ejemplo, haces de tubos en un intercambiador de calor tubular). Si el agua permanece quieta, α es de 350 a 500 W/(m2K), en caso de que el agua esté corriendo, α es de 350 a 2100 W/(m2K). Teniendo la misma configuración del equipo y del entorno, cambiando sólo la velocidad del agua, uno es capaz de transferir 4 veces más energía. Valores orientados en las tablas (Fig. VIII-5) [Kuchling].
También se calcula el valor U, que se refiere al coeficiente de transferencia de calor global. Este es un valor más importante, y da en el diseño del intercambiador de calor una indicación de cuán adecuados son ciertos materiales para construir un área de transferencia calórica.
Así se puede entender lo importante que es tener las superficies limpias. Ya que la suciedad, la cal, el óxido o la biomasa disminuyen la transferencia de calor de forma negativa.