// 02 · Fenómenos de transporte

Transferencia de Calor

Simula intercambiadores de calor con el método LMTD y NTU-ε, conducción en paredes y cilindros con resistencias en serie, y convección con correlaciones de Nusselt. Balances de energía en tiempo real.

Heat exchanger diagram Fluido cal. Th,out 60°C Fluido frío Tc,in=20°C Tc,out 45°C Th,in=90°C Intercambiador Carcasa-Tubos Deflector Deflector Deflector LMTD 32.7 °C Media log. temp. Calor transferido 125 kW Q = U·A·LMTD Efectividad 58% ε = Q/Q_max NTU = 1.42
LMTD: ΔTlm = (ΔT₁ - ΔT₂) / ln(ΔT₁/ΔT₂)
Calor: Q = U·A·ΔTlm = ṁ·Cp·ΔT
NTU-ε: ε = 1 - exp(-NTU·(1-Cr)) / (1 - Cr·exp(-NTU·(1-Cr)))
Lado cal. 200°C Capa 1 k₁ Capa 2 k₂ Capa 3 k₃ Lado frío 30°C Flujo de calor → Perfil T° Circuito de resistencias térmicas: Rconv,1 R₁ R₂ R₃ Rconv,2 Flujo q" 850 W/m² R_total 0.206 m²K/W U global 4.85 W/m²K
Fourier: q" = -k·(dT/dx) = ΔT / R_cond  |  R = L/(k·A)
Serie: R_tot = Σ(Lᵢ/kᵢ) + 1/h₁ + 1/h₂
Cilindro: R_cil = ln(r₂/r₁) / (2π·k·L)
T_pared Flujo Re=8500 Pared tubería D (diámetro) Placa plana δ(x) capa límite Nu 156 Dittus-Boelter h conv. 3120 W/m²K Régimen de flujo: Turbulento Re = 8500 Pr = 7.0 Nu = 156 h = 3120 W/m²K
Newton: q" = h·(Ts - T∞)  |  h = Nu·k/D
Dittus-Boelter (turbulento): Nu = 0.023·Re⁰·⁸·Prⁿ
Sieder-Tate: Nu = 1.86·(Re·Pr·D/L)^(1/3)·(μ/μw)^0.14
// Fluido caliente
T entrada cal. (Th,in)90 °C
Flujo másico ṁh2.0 kg/s
Cp caliente4.18 kJ/kgK
// Fluido frío
T entrada frío (Tc,in)20 °C
Flujo másico ṁc3.0 kg/s
Cp frío4.18 kJ/kgK
// Geometría
Coef. global U500 W/m²K
Área A5.0 m²
// Resultados
LMTD
32.7 °C
Calor Q
125 kW
Efectividad
58%
NTU
1.42
Th,out
60 °C
Tc,out
45 °C
✓ Intercambiador operando correctamente.
Análisis gráfico — Transferencia de calor
Perfil de temperatura · Efectividad vs NTU
Perfil de temperatura — Intercambiador
Temperature profile
Efectividad ε vs NTU
Effectiveness