CÁLCULO DE LA POTENCIA ASOCIADA A UN SALTO TÉRMICO DE UN CAUDAL DE AGUA



Un volumen de agua cambia de temperatura cuando se produce una pérdida o ganancia de energía en él. El objetivo de esta calculadora es proporcionar el valor de la potencia disipada o absorbida en un caudal de agua al reducir o elevar su temperatura. Esto es lo que sucedería, por ejemplo, en un intercambiador de calor o en un flujo de agua que es calentado por una resistencia eléctrica.
Para utilizar la calculadora simplemente introducir el caudal y la temperatura de entrada y salida. Tened en cuenta que los caudales a la entrada y a la salida pueden ser ligeramente diferentes, ya que la densidad del agua varía con la temperatura.

PUNTO 1
Temperatura: ºC
Caudal:
Densidad: kg/m3
Calor Específico: kJ/kg·K
PUNTO 2
Temperatura: ºC
Caudal:
Densidad: kg/m3
Calor Específico: kJ/kg·K
Potencia:


Teoría

Calor específico (c)

Es la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia para elevar su temperatura en una unidad. Basándonos en esta definición podemos decir que:
      c = E / (m · ΔT)

      c: calor específico
      E: calor o energía transferida
      m: masa
      ΔT: Variación de temperatura

Cálculo de la energía disipada o absorbida

De la fórmula anterior podemos deducir también que:
      E = m · c · ΔT
En nuestro caso vamos a tratar con caudales, que no son otra cosa que la cantidad de masa - o volumen - por unidad de tiempo. De momento, consideraremos caudal másico, por lo que Caudal=m/t (por ejemplo, hablaremos de un caudal de 10 kg/s). Por otra parte, el calor por unidad de tiempo no es otra cosa que la potencia, es decir P = E/t. Si la expresión de arriba la dividimos en ambos lados por el tiempo:
      E/t = m/t · c · ΔT
      es decir:
      P= Qm · c · ΔT
    P: potencia
    Qm: caudal másico
Para calcular en caudal volumétrico - por ejemplo en m3/h, litros/s, etc - tenemos que tener en cuenta que:
    Qv = Qm / d
    Qv: caudal volumétrico
    d: densidad

Con esto la fórmula final quedaría:
      E = Qv · d · c · ΔT
Por ejemplo, si la densidad es 1.25 kg/m3 y el caudal másico es 1000kg/h, el caudal volumétrico será 1000/1.25 = 800 m3/h. En nuestro caso el fluido es agua por lo que la densidad será siempre aproximadamente igual 1 kg/m3. La calculadora obtiene también el valor de la densidad.

Ejemplo

Tenemos un caudal de agua de 100 m3/h, que entra a un intercambiador de calor a 30ºC y sale a 50ºC. La densidad a 30ºC es de 995.6 kg/m3 y el calor específico es de 4.18 kJ/kg·K. Por tanto, la energía o calor absorbido será:
E = Qv · d · c · ΔT = 100m3/h · 995.6 kg/m3 · 4.18kJ/kg·ºC · (50 - 30) ºC = 8 323 216 kJ/h = 2312kW

Mezclas con otros líquidos

Esta calculadora solo sirve para agua. Si tenemos otros fluidos o una mezcla de agua con otros líquidos, el cálculo será erróneo. El procedimiento de cálculo es el mismo, pero hemos personalizado el cálculo para agua.
Por ejemplo, si el agua contiene glicol como anticongelante (normalmente etilenglicol o propilenglicol) el resultado obtenido no será correcto. El motivo es que las mezclas de agua con anticongelante tienen distinta densidad y sobre todo menor calor específico. Esto tiene importantes implicaciones, ya que si tenemos una instalación térmica dimensionada para agua su comportamiento al sustituir el agua por una mezcla de agua más glicol será diferente y para una misma diferencia de temperatura y caudal la cantidad de energía será menor. Eso quiere decir que el uso de anticongelantes nos obliga a transportar mayores volúmenes de líquido.



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