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A intercambiador de calor de flujo cruzado Funciona permitiendo que dos fluidos fluyan perpendicularmente entre sí, generalmente uno a través de tubos y el otro por el exterior de estos. El principio fundamental es que el calor se transfiere de un fluido al otro a través de las paredes de los tubos. A continuación, se explica paso a paso su funcionamiento:

Componentes:

1. Lado del tubo:Uno de los fluidos fluye a través de los tubos.
2. Lado de la concha:El otro fluido fluye sobre los tubos, a través del haz de tubos, en una dirección perpendicular al flujo del fluido dentro de los tubos.

Proceso de trabajo:

1. Entrada de fluidoAmbos fluidos (caliente y frío) entran al intercambiador de calor por entradas diferentes. Un fluido (por ejemplo, el fluido caliente) entra por los tubos, y el otro (el fluido frío) entra por el espacio exterior de los tubos.
2. Flujo de fluidos:

   • El fluido que fluye dentro de los tubos se mueve en una trayectoria recta o ligeramente torcida.
   • El fluido que fluye fuera de los tubos los cruza perpendicularmente. La trayectoria de este fluido puede ser transversal (directamente a través de los tubos) o tener una configuración más compleja, como una combinación de flujo cruzado y contraflujo.

3. Transferencia de calor:

   • El calor del fluido caliente se transfiere a las paredes del tubo y luego al fluido frío que fluye a través de los tubos.
   • La eficiencia de la transferencia de calor depende de la diferencia de temperatura entre los dos fluidos. Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura, más eficiente será la transferencia de calor.

4. SalidaTras la transferencia de calor, el fluido caliente, ahora más frío, sale por una salida, y el fluido frío, ahora más caliente, por otra. El proceso de intercambio de calor produce un cambio de temperatura en ambos fluidos a medida que fluyen por el intercambiador de calor.

Variaciones de diseño:

• Flujo cruzado de un solo paso:Un fluido fluye en una sola dirección a través de los tubos y el otro fluido se mueve a través de los tubos.
• Flujo cruzado de múltiples pasos:El fluido dentro de los tubos puede fluir en múltiples pasadas para aumentar el tiempo de contacto con el fluido exterior, mejorando la transferencia de calor.

Consideraciones de eficiencia:

• Los intercambiadores de calor de flujo cruzado suelen ser menos eficientes que los de contraflujo, ya que el gradiente de temperatura entre los dos fluidos disminuye a lo largo del intercambiador. En contraflujo, los fluidos mantienen una diferencia de temperatura más constante, lo que aumenta la eficacia de la transferencia de calor.
• Sin embargo, los intercambiadores de calor de flujo cruzado son más fáciles de diseñar y a menudo se utilizan en situaciones donde el espacio es limitado o donde es necesario separar los fluidos (como en los intercambiadores de calor aire-aire).

Aplicaciones:

• Intercambiadores de calor refrigerados por aire (como en los sistemas HVAC o en los radiadores de los automóviles).
• Refrigeración de equipos electrónicos.
• Intercambiadores de calor para sistemas de ventilación.

Por lo tanto, si bien no son tan eficientes térmicamente como los intercambiadores de calor de contraflujo, los diseños de flujo cruzado son versátiles y se utilizan comúnmente cuando la simplicidad o el ahorro de espacio son importantes.

Aquí tenéis un desglose de perfil de temperatura para un intercambiador de calor de flujo cruzado, específicamente cuando Ambos fluidos no están mezclados:

Intercambiador de calor de flujo cruzado: ambos fluidos sin mezclar

➤ Disposición del flujo:

• Un fluido fluye horizontalmente (por ejemplo, un fluido caliente en tubos).
• El otro fluye verticalmente (por ejemplo, aire frío a través de los tubos).
• No se permite la mezcla dentro o entre los fluidos.

📈 Descripción del perfil de temperatura:

▪ Fluido caliente:

• Temperatura de entrada: Alto.
• A medida que fluye, pierde calor al fluido frío.
• Temperatura de salida:Más bajo que la entrada, pero no uniforme en todo el intercambiador debido al tiempo de contacto variable.

▪ Fluido frío:

• Temperatura de entrada: Bajo.
• Gana calor a medida que fluye a través de los tubos calientes.
• Temperatura de salida:Más alto, pero también varía según el intercambiador.

🌀Por el flujo cruzado y la falta de mezcla:

• Cada punto del intercambiador ve un gradiente de temperatura diferente, dependiendo del tiempo que cada fluido haya estado en contacto con la superficie.
• La distribución de temperatura es no lineal y más complejos que en los intercambiadores de contraflujo o de flujo paralelo.

📊 Perfil de temperatura típico (diseño esquemático):

                ↑ Fluido frío en
        │
  Alto │ ┌──────────────┐
  Temporal │ │ │
        │ │ │ → Fluido caliente en (lado derecho)
        │ │ │
        ↓ └──────────────┘
      Salida de fluido frío ← Salida de fluido caliente

⬇ Curvas de temperatura:

• Fluido frío Se calienta gradualmente: la curva comienza baja y se arquea hacia arriba.
• Fluido caliente se enfría, comienza alto y forma un arco hacia abajo.
• Las curvas son no paralelo, y no simétrico debido a la geometría del flujo cruzado y a la tasa de intercambio de calor variable.

🔍 Eficiencia:

• La eficacia depende de la relación de capacidad calorífica y el NTU (Número de unidades de transferencia).
• Generalmente menos eficiente que contraflujo pero más eficiente que el flujo paralelo.

A Intercambiador de calor de flujo cruzado con ambos fluidos sin mezclar se refiere a un tipo de intercambiador de calor donde dos fluidos (caliente y frío) fluyen perpendicularmente (a 90°) entre sí, y Ninguno de los líquidos se mezcla internamente ni con el otro.Esta configuración es común en aplicaciones como recuperación de calor aire-aire o radiadores de automóviles.

Características principales:

• Flujo cruzado:Los dos fluidos se mueven en ángulos rectos entre sí.
• fluidos sin mezclar:Tanto los fluidos calientes como los fríos están confinados en sus respectivos pasajes de flujo por paredes sólidas o aletas, evitando cualquier mezcla.
• Transferencia de calor:Se produce a través de la pared sólida o superficie que separa los fluidos.

Construcción:

Generalmente incluye:

Canales cerrados para que el segundo fluido (por ejemplo, agua o refrigerante) fluya dentro de los tubos.

Tubos o superficies con aletas donde un fluido (por ejemplo, aire) fluye a través de los tubos.

Aplicaciones comunes:

• Radiadores en los coches
• Sistemas de aire acondicionado
• Sistemas industriales de climatización (HVAC)
• Ventiladores de recuperación de calor (HRV)

Ventajas:

• Sin contaminación entre fluidos
• Mantenimiento y limpieza sencillos
• Bueno para gases y fluidos que deben permanecer separados.