Calculadoras de transferencia de calor
13 cálculos para balances de energía, intercambiadores, aislamiento y tiempos de calentamiento o enfriamiento, con su fórmula y problemas de práctica.
Balances de energía
Calor sensible
Sin cambio de fase. cp varía con la temperatura: usar el valor a la temperatura media. Resultado negativo = calor retirado.
Calor latente (vapor, hielo)
Solo calor latente (vapor saturado que condensa a condensado saturado). El subenfriamiento del condensado añade algo de calor sensible. Valores de tablas de vapor, redondeados.
Temperatura de mezcla de dos corrientes
El mismo fluido en ambas corrientes (mismo cp), sin cambio de fase ni pérdidas. También sirve con masas (kg) para una mezcla en tanque.
Energía para calentar un tanque
No incluye las pérdidas del tanque ni el metal del recipiente: añadir 10 a 30 % según el aislamiento. Resistencia eléctrica η ≈ 100 %; quemador de gas 80 a 90 %.
Intercambiadores de calor
Balance de un intercambiador: temperatura de salida
Supone que no hay pérdidas al exterior. Si la salida fría calculada supera la entrada caliente, los caudales o temperaturas no son coherentes.
DTML y área requerida
Válido para flujo puro en contracorriente o paralelo. Para un intercambiador de carcasa y tubos multipaso, multiplicar la DTML por el factor de corrección F (a menudo 0,8 a 0,95).
Efectividad-NUT (intercambiador en contracorriente)
Para evaluar un intercambiador existente cuando se conocen U y A pero no las salidas. C = ṁ × cp; si ambos C son iguales, ε = NUT ÷ (1 + NUT).
Coeficiente global U (películas e incrustación)
Pared delgada: áreas interior y exterior iguales. k: acero al carbono ≈ 45, inoxidable ≈ 16, cobre ≈ 385 W/m·K. Rf del agua de torre: 0,0002 a 0,0004 m²·K/W.
Conducción, aislamiento y radiación
Conducción a través de una pared plana (2 capas)
Poner L₂ = 0 para una sola capa. hₒ en aire quieto con radiación: 8 a 12 W/m²·K; con viento: 20 a 40. k ladrillo refractario ≈ 1, lana mineral ≈ 0,04 a 0,06 W/m·K.
Pérdida de calor de una tubería aislada
Conducción radial (Incropera); se desprecian la pared de acero y la película interior (lado seguro). hₒ debe incluir la radiación. Superficie por encima de 60 °C: riesgo de quemadura.
Radiación entre superficies
Cuerpos grises, σ = 5,67 × 10⁻⁸ W/m²·K⁴, temperaturas en kelvin. ε₂ solo se usa para placas paralelas. ε: acero oxidado ≈ 0,8, pintura ≈ 0,9, aluminio pulido ≈ 0,05.
Tiempos de calentamiento y enfriamiento
Enfriamiento de un tanque (ley de Newton)
Líquido bien mezclado (modelo concentrado), UA constante, sin extracción ni alimentación. Para hallar UA, registrar una bajada de temperatura durante unas horas e invertir la fórmula.
Tiempo de calentamiento de un lote (serpentín de vapor)
Recipiente agitado, vapor saturado a temperatura constante, pérdidas despreciadas. Vapor saturado: 1 bar man. ≈ 120 °C, 3 bar man. ≈ 144 °C, 7 bar man. ≈ 170 °C.
Herramientas de aprendizaje y verificación. Los rangos indicados son referencias generales: siga siempre los procedimientos, permisos y consignas de su planta. No se envía nada: los cálculos se hacen en su navegador.