INTERCAMBIADORES DE CALOR

Definición 

Un intercambiador de calor es un equipo que transfiere continuamente calor de un medio a otro. Hay dos tipos principales de intercambiadores de calor: directos e indirectos. Hay múltiples tipos y aplicaciones de intercambiadores de calor, por lo que para acotar un poco el campo de visión, nos referiremos a los intercambiadores en los que los dos fluidos no se mezclan entre sí, de manera que el calor se transfiere a través de una pared sólida, en la que sus lados están bañados por los respectivos fluidos. De la propia definición se deducen los tipos de intercambiador según los fluidos que intervienen, pueden ser: gas/gas, gas/líquido y líquido/líquido

• Intercambiador de calor directo, donde ambos medios están en contacto directo entre sí. Se da por sentado que los medios no se mezclan. Un ejemplo de este tipo de intercambiador de calor es una torre de enfriamiento, donde el agua se enfría a través del contacto directo con el aire.
• Intercambiador de calor indirecto, donde ambos medios están separados por una pared a través de la cual se transfiere el calor.

Los intercambiadores de calor indirectos están disponibles en varios tipos principales (placa, carcasa y tubo, espiral, etc.) En la mayoría de los casos, el tipo de placa es el intercambiador de calor más eficiente. En general, ofrece la mejor solución a los problemas térmicos, brindando los límites más amplios de presión y temperatura dentro de la restricción del equipo actual. La fabricación del intercambiador de calor puede realizarse en diferentes calidades de acero inoxidable o aleaciones especiales, pudiendo soportar altas y bajas presiones de trabajo, así como un amplio rango de temperaturas de proceso. En la fabricación de intercambiadores de calor, la soldadura es un aspecto clave del proceso. Los intercambiadores de calor tubulares son equipos de proceso muy eficientes y sus altas velocidades mejoran la trasferencia de calor de forma considerable. 

Esquema

 

Detalles de partes principales del intercambiador de calor

Haz tubular: Los tubos proporcionan la superficie de trasferencia de calor entre el fluido que circula por su interior y el fluido que circula por la carcasa. Alojan el fluido secundario, es decir, el producto a calentar.

Placa tubular: Es una placa de metal perforada para albergar los tubos, los cuales se fijan mediante expansión o soldadura.

Deflectores: Son placas segmentadas dispuestas a lo largo del intercambiador. Sirven para mantener los tubos en la posición adecuada y obligar al fluido primario a que circule perpendicularmente al haz tubular.

Carcasa y conexiones: La carcasa es la envolvente del fluido primario y consiste en un cilindro soldado a las placas tubulares. Dispone de conexiones para la entrada y salida del fluido secundario.

Cabezales desmontables: Elementos conectados a las placas tubulares por ambos extremos, para facilitar la circulación del producto por el haz tubular. Pueden disponer de placas para partición del haz tubular, con el fin de conseguir que el fluido circule por varios pasos.

Funcionamiento del equipo

Para operar, el intercambiador de calor tiene redes paralelas a través de las cuales fluyen los fluidos a diferentes temperaturas. Estos están separados por una pared con capacidades conductoras óptimas. Es la diferencia de temperatura entre los dos fluidos lo que permite el intercambio de calor. De hecho, los más calientes irán naturalmente a los más fríos, calentándose de inmediato y perdiendo calorías. Por lo tanto, cuando entra caliente al intercambiador de calor, el fluido primario calentará el fluido secundario que está frío. Luego se deja enfriado, mientras que el segundo fluido se calienta.  (Comercial Foisa, 2018)

Clasificación de intercambiadores de calor.

Es importante el estudio de la transferencia de calor aplicada en este tipo de equipos para hacer más eficiente los procesos es por esto que a continuación se clasificarán los intercambiadores según varios principios:

1.    Basado en el principio de operación

1. Recuperativo
2. Regenerativo
3. Contacto directo

En los intercambiadores de calor de tipo recuperativo, el fluido frío y caliente fluye a través de la unidad sin mezclarse entre sí. La transferencia de calor se produce a través de la pared metálica. Ejemplos de intercambiadores de calor recuperativos son calderas, calentadores, enfriadores, vaporizadores, condensadores, etc.

El tipo regenerativo de intercambiadores de calor de la misma superficie de calentamiento está expuesto alternativamente a fluidos calientes y fríos. Ejemplo de este tipo de intercambiadores de calor son los regeneradores de hornos de hogar abierto, hornos de fusión de vidrio, etc.

En el tipo de contacto directo de los intercambiadores de calor, los fluidos calientes y fríos están en contacto directo y se mezclan durante el proceso de transferencia de calor. La transferencia de masa también ocurre simultáneamente. Ejemplos de intercambiadores de calor de tipo de contacto directo son columnas de pulverización, torres de enfriamiento, depuradores, etc.

2.    Según el patrón de flujo, los intercambiadores de calor pueden ser:

1. De flujo paralelo
2. Contracorriente
3. De flujo cruzado

En la disposición de flujo en paralelo, el fluido caliente y frío fluye en la misma dirección.

En la disposición de flujo de contracorriente, el fluido caliente y frío se mueve en direcciones opuestas.

En la disposición de flujo cruzado, los fluidos calientes y fríos se mueven en ángulo recto entre sí.

3.    Basado en la función de los intercambiadores de calor.

1. Enfriador
2. Calentador
3. Evaporador
4. Enfriador
5. Condensación parcial
6. Vaporizador
7. Recalentador
8. Condensador
9. Generador de vapor
10. Caldera de calor residual

(Solorzano, 2022)

4.    Según el tipo de construcción

1. De carcasa y tubo
2. Doble tubo
3. Refrigerado por aire
4. De espiral

(Solorzano, 2022)

Intercambiadores de doble tubo 
Es uno de los diseños más simples, consiste básicamente de dos tubos concéntricos, en donde una corriente circula por dentro del tubo interior mientras que la otra circula por el ánulo formado entre los tubos.

Este es un tipo de intercambiador cuya con
strucción es fácil y económica, lo que lo hace muy útil.

Enfriadores de aire

Son equipos de transferencia de calor tubulares en los que el aire ambiente al pasar por fuera de un haz de tubos actúa como medio refrigerante para condensar y/o enfriar el fluido que va por dentro de los mismos.

Se le conoce como intercambiadores de flujo cruzado debido a que el aire se hace soplar perpendicularmente al eje de los tubos.

Intercambiadores en espiral

Su diseño consiste en un par de láminas de metal enrolladas alrededor de un eje formando pasajes paralelos en espiral por entre los cuales fluye cada sustancia.

Son muy utilizados en el manejo de fluidos viscosos, lodos y líquidos con sólidos en suspensión, así como también en operaciones de condensación y vaporización

Intercambiadores de carcaza y tubo

Es el más utilizado en las refinerías y plantas químicas en general debido a que:

•          Proporciona flujos de calor elevados en relación con su peso y volumen. 
•          Es relativamente fácil de construir en una gran variedad de tamaños. 
•          Es bastante fácil de limpiar y de reparar. 
•          Es versátil y puede ser diseñado para cumplir prácticamente con cualquier aplicación.

(Gonzales, 2021)

Aplicaciones en la industria 

                                                                                                                                                      

 

                                                                                               

Conclusiones 

Podemos concluir que la interacción con energía calórica la podemos encontrar en cualquier ambiente tanto laboral, como en un día común y corriente, o desde una casa hasta una industria de Petroquímica. El principal equipo para el funcionamiento de esta energía es un intercambiador de calor que va a consistir en la transferencia continua del calor de un medio a otro, transfiriendo el calor del cuerpo de mayor temperatura al de menor. 

Dentro de estos equipos vamos a encontrar dos tipos que son intercambiador directo e indirecto, estos intercambiadores van a estar compuestos por ciertas partes que cumplen funciones diferentes pero elementales para la transferencia de calor, están formados por un haz tubular, placa tubular, deflectores, carcasa y conexiones. El funcionamiento de estos equipos es a través de redes paralelas en la cual fluyen los fluidos a diferentes temperaturas, estos siempre van a estar separadas por paredes, esta variación de temperatura es la que va a permitir el intercambio de calor entre los fluidos que se encuentran dentro del equipo.

Los intercambiadores de calor es se van a clasificar dependiendo de ciertos principios, principios como la operación, patrón de flujo, dependiendo su función, y según su construcción. Estos intercambiadores los podemos encontrar en la industria alimenticia, industria marítima, industria petroquímica, metalúrgica, automovilística y minera.

Por lo tanto, podemos concluir que el intercambio de calor puede estar presente en procesos tan simples que pueden suceder en una cocina hasta procesos tan complejos que pueden estar presentes en una industria metalúrgica.

Bibliografía: 

• Rodrigues, M. (14 de Abril de 2018). D.petraf. Obtenido de http://www.termosistemas.com.ar/sitio/vernota.php?nota=268
• Comercial Foisa. (2018). Retrieved from https://comercialfoisa.com/intercambiador-de-calor-funcionamientotipos-y-eficiencia/
• Sacome. (2019, Octubre 21). Sacome. Retrieved from https://www.sacome.com/intercambiador-tubular-usos-ventajas-aplicaciones/
• SegaFluid. (2019). Retrieved from https://sagafluid.com/intercambiador-de-calor-tubular/
• Gonzales, M. (13 de Junio de 2021). Doc Player. Obtenido de https://docplayer.es/67874348-Definicion-clasificacion-de-equipos-de-transferencia-de-calor.html
• Solorzano, I. (12 de Marzo de 2022). Master SI. Obtenido de https://mastersi.com.pe/blog/93-clasificacion-de-intercambiadores-de-calor#:~:text=Basado%20en%20el%20principio%20de%20operaci%C3%B3n%3A&text=En%20los%20intercambiadores%20de%20calor,trav%C3%A9s%20de%20la%20pared%20met%C3%A1lica.

VIDEO DE LA EXPOSICIÓN