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Diferencia de temperatura media logarítmica (LMTD)

1910
Intercambiador de calor de carcasa y tubos que muestra la diferencia de temperatura media logarítmica en termodinámica.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

La diferencia de temperatura media logarítmica (LMTD) es la diferencia de temperatura media efectiva para la transferencia de calor en los intercambiadores de calor, especialmente en las disposiciones de flujo contrario y flujo paralelo. Es una media logarítmica de la diferencia de temperatura entre los fluidos caliente y frío en cada extremo. La LMTD se calcula utilizando la fórmula: [latex]\Delta T_{LM} = \frac{\Delta T_A – \Delta T_B}{\ln(\Delta T_A / \Delta T_B)}[/latex].

The LMTD method is a cornerstone of heat exchanger analysis. It arises from the integration of the heat transfer rate equation along the length of the exchanger, assuming constant fluid properties and overall heat transfer coefficient. The fundamental heat transfer equation is [latex]Q = U A \Delta T_{LM}[/latex], where Q is the rate of heat transfer, U is the overall heat transfer coefficient, and A is the heat transfer surface area. The LMTD correctly accounts for the non-linear temperature profile of the fluids as they flow through the exchanger. For a counter-current flow exchanger, [latex]\Delta T_A[/latex] and [latex]\Delta T_B[/latex] are the temperature differences at the two ends of the exchanger. For a parallel flow exchanger, the same formula applies, but the temperature differences are calculated differently based on the inlet and outlet positions. The counter-flow arrangement is generally more efficient as it yields a higher LMTD for given inlet and outlet temperatures, allowing for a smaller required surface area A for the same heat duty Q. However, when the temperature difference at one end is equal to the other, the LMTD is simply that temperature difference. If one of the temperature differences is zero, the LMTD is mathematically undefined, but in practice, this represents a limit where heat transfer ceases to be effective. For more complex geometries like cross-flow or multi-pass shell-and-tube exchangers, a correction factor F is applied to the LMTD, such that [latex]\Delta T_{eff} = F \cdot \Delta T_{LM, counterflow}[/latex].

UNESCO Nomenclature: 3328
- Termodinámica

Tipo

Sistema abstracto

Ruptura

Incremental

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Ley de Fourier sobre la conducción del calor (1822)
  • primera ley de la termodinámica (conservación de la energía)
  • Ley de enfriamiento de Newton
  • Desarrollo del cálculo para funciones de integración y logarítmicas

Aplicaciones

  • Diseño y análisis del rendimiento de intercambiadores de calor de carcasa y tubos
  • Dimensionamiento de calderas y condensadores industriales
  • optimización de sistemas HVAC
  • Gestión térmica en centrales eléctricas
  • cálculos de ingeniería de procesos químicos

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

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Relacionado con: LMTD, diferencia de temperatura media logarítmica, intercambiador de calor, termodinámica, transferencia de calor, contraflujo, flujo paralelo, ingeniería térmica, Nusselt, coeficiente global de transferencia de calor.

Contexto histórico

Diferencia de temperatura media logarítmica (LMTD)

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(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

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