Cabrera Carrillo Angel Alejandro Definición de Intercambiador de Calor Los intercambiadores de calor son dispositivos cuya función es transferir el calor de un fluido a otro de menor temperatura. La transferencia de calor se produce a través de una placa metálica o tubo que favorezca el intercambio entre fluidos sin que estos se mezclen. Tipos de Intercambiadores según la Dirección del Flujo Flujo Paralelo Los dos fluidos caliente y frío entran por el mismo extremo del intercambiador y fluyen en la misma dirección intercambiando calor hasta alcanzar una temperatura próxima la una de la otra, es decir, los fluidos tratan de alcanzar el equilibrio térmico entre ellos. Contraflujo Cada uno de los fluidos entran al intercambiador por diferentes extremos y se presenta el contraflujo cuando los dos fluidos fluyen en la misma dirección, pero en sentido opuesto. Este tipo de intercambiador puede presentar una temperatura más alta en el fluido frío y más baja en el fluido caliente una vez realizada la transferencia de calor, por lo que es más eficiente térmicamente si lo comparamos con el flujo paralelo Cabrera Carrillo Angel Alejandro Flujo Cruzado En el intercambiador que presenta un flujo cruzado, uno de los fluidos fluye de manera perpendicular al otro fluido. Uno de los fluidos pasa a través de los tubos mientras que el otro pasa alrededor de dichos tubos perpendicularmente. Este tipo de intercambiadores es comúnmente empleado donde uno de los fluidos presenta un cambio de fase y por tanto una mezcla bifásica (fase líquida fase gas) dentro del intercambiador, por ejemplo, condensadores de vapor. De un Solo Paso (Paso Simple) Sí el fluido sólo intercambia calor en una sola vez, se denomina intercambiador de calor de paso simple o de un solo paso, en ocasiones la transferencia de calor no es lo suficientemente para alcanzar la temperatura deseada por lo que se emplea un método que combina dos o más intercambiadores en serie, esto permite mejorar la eficiencia del proceso de intercambiador de calor ya que los fluidos se hacen pasar varias veces dentro de un intercambiador de paso simple. Cabrera Carrillo Angel Alejandro De Múltiples Pasos Cuando los fluidos del intercambiador intercambian calor más de una vez, se denomina intercambiador de múltiples pasos. Comúnmente el intercambiador de múltiples pasos invierte el sentido del flujo en los tubos al utilizar dobleces en forma de “U” en los extremos, esta configuración de “U”, permite al fluido volver a recorrer el interior del intercambiador incrementando el área de transferencia. Tipos de Intercambiadores según su estructura Existen multitud de configuraciones para los intercambiadores en función de las características necesarias para desarrollar el proceso para el que se diseñan. Los siguientes tipos de intercambiadores son los más recurrentes siendo el de placas y tubos + carcasa los empleados comúnmente a bordo. De Placas La configuración del intercambiador de placas consta de un empaquetamiento de finas placas o láminas de metal corrugadas de alto coeficiente de transferencia que favorece la transferencia de calor. La conformación corruga permite que se produzcan flujos turbulentos a velocidades relativamente pequeñas (0.25 a 1 m/s). El funcionamiento es simple, si tomamos como ejemplo la imagen, podemos observar que mientras en una cara de la lámina desciende el fluido caliente, por lámina inmediatamente contigua circula a contra flujo (para favorecer el intercambio y no producir esfuerzos térmicos en zonas concretas), los fluidos nunca se mezclan y la presión de apriete de la empaquetadura más las juntas de goma perimetral (color negro) evitan que los líquidos escapen. Hay tres características reseñables en este tipo de intercambiadores de calor: Las placas son ultra-delgadas (0.5-0.9 mm)con alto coeficiente de intercambio de calor, esto mejora su eficiencia a la hora de trasferir el calor Los intercambiadores de calor de placas precisan de muy poco espacio para su montaje, frente a los intercambiadores de carcasa y haz de tubos. Fáciles de mantener pues en caso de incrustaciones, su desmontaje y limpieza es muy sencillo y rápido. De Haz de Tubos y Carcasa Cabrera Carrillo Angel Alejandro La configuración de tubos y carcasa es la construcción más básica y común de los intercambiadores de calor, debido a ser el sistema de tubos más empleado se le denomina intercambiador de tubos sin más, pero debido a la configuración que se explicará en el punto 3.4 añadiremos el término “con carcasa”. El fluido que circula por el interior de los tubos se denomina “Flujo interno” y el fluido que circula por la carcasa “Flujo externo”. En los extremos de los tubos, el fluido que circula por el interior de los tubos es separado del fluido que circula por la carcasa por la denominadas “Placas del tubo”. En las partes intermedias se pueden apreciar unos separadores en forma de medialuna llamados “Deflectores” cuya función es forzar la dirección del flujo y mejorar el intercambio de calor. En sistemas donde los fluidos presentan grandes diferencias de presiones, el fluido de mayor presión circula a través de los tubos y el de menor presión por el exterior, es decir por la carcasa. Esto viene a razón de los costes de materiales, los tubos pueden fabricarse para soportar mayores presiones que la carcasa dado que si fuese a la inversa, el costo sería mucho mayor. Refrigerados por Aire Este tipo de intercambiadores refrigerados por aire consiste en la disposición de una serie de tubos situados en una corriente de aire, esta corriente puede ser natural o forzada con ayuda de un ventilador. Para mejorar la eficiencia, los tubos suelen tener aletas para aumentar la superficie de intercambio de calor y su coeficiente de transferencia. El ventilador fuerza o induce el paso de aire (en esta imagen en dos etapas) a lo largo de los tubos con aletas y el fluido que se enfría fluye por los tubos que se unen en ambos extremos a colectores o cabezales. Estos ventiladores pueden ser de velocidad ajustable para modificar el caudal de aire a fin de compensar las variaciones de la temperatura del aire. De Tubos Concéntricos Este tipo de intercambiadores consta de dos tubos concéntricos de diámetros diferentes ensamblados uno dentro del otro, llamado intercambiador de calor de tubo doble o tubos concéntricos. En este dispositivo, el fluido caliente circula por el conducto interno cediendo calor al fluido de menor temperatura que circula por su sección anular (camisa o encamisado). El intercambiador de calor de tubos concéntricos es extremadamente útil, ya que se puede ensamblar en cualquier taller a partir de partes estándar, como las mencionadas en el listado anterior, pero además de estos componentes, es posible hacer un diseño más sencillo sustituyendo elementos como prensaestopas por arandelas soldadas o reemplazando las T de conexión por tubos soldados que conecten los tubos exteriores formando así la horquilla. En general este dispositivo tiene diferentes posibilidades de ensamble, dependiendo del proceso a realizar o de aspectos económicos que determinan la calidad final del intercambiador
