Intercambiadores de calor

Intercambiadores de Calor

Entre las principales razones por las que se utilizan los intercambiadores de calor se encuentran las siguientes:
• Calentar un fluido frío mediante un fluido con mayor temperatura.
• Reducir la temperatura de un fluido mediante un fluido con menor temperatura.
• Llevar al punto de ebullición a un fluido mediante un fluido con mayor temperatura.
• Condensar unfluido en estado gaseoso por medio de un fluido frío.

Definición

Un intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para transferir calor entre dos medios, que estén separados por una barrera o que se encuentren en contacto. Son parte esencial de los dispositivos de calefacción, refrigeración, acondicionamiento de aire, producción de energía y procesamiento químico.


Un intercambiadortípico es el radiador del motor de un automóvil, en el que el fluido portador de calor, calentado por la acción del motor, se enfría por la corriente de aire que fluye sobre él y, a su vez, reduce la temperatura del motor volviendo a circular en el interior del mismo.

Formas de intercambiar calor

Hay 3 formas de intercambiar calor:

Transferencia de calor convectiva: del fluido hacia lapared interna del tubo.

Transferencia de calor conductiva: a través de la pared del tubo

Transferencia de calor convectiva: desde la pared externa del tubo hacia el fluido exterior

Clasificación

Una primera distinción de los intercambiadores es si producen el intercambio en forma directa o indirecta:

Contacto Directo
En este tipo de intercambiador, el calor es transferido porcontacto directo entre dos corrientes en distintas fases (generalmente un gas y un líquido de muy baja presión de vapor) fácilmente separables después del proceso de transferencia de energía; como ejemplo se tienen las torres de enfriamiento de agua con flujo de aire. El flujo de aire puede ser forzado o natural.


Contacto Indirecto
En los intercambiadores de tipo contacto indirecto, las corrientespermanecen separadas y la transferencia de calor se realiza a través de una pared divisora, o desde el interior hacia el exterior de la pared de una forma no continua. Cuando el flujo de calor es intermitente, es decir, cuando el calor se almacena primero en la superficie del equipo y luego se transmite al fluido frío, se denominan intercambiadores tipo transferencia indirecta, o tipo almacenadoro sencillamente regenerador.

Tipos de intercambiadores de calor según su construcción:

Si bien los intercambiadores de calor se presentan en una inimaginable variedad de formas y tamaños, la construcción de los intercambiadores está incluida en alguna de las dos siguientes categorías: carcaza y tubo o plato. Como en cualquier dispositivo mecánico, cada uno de estos presenta ventajas odesventajas en su aplicación.

Carcaza y tubo
La construcción más básica y común de los intercambiadores de calor es el de tipo tubo y carcaza que se muestra en la figura.


Este tipo de intercambiador consiste en un conjunto de tubos en un contenedor llamado carcaza. El flujo de fluido dentro de los tubos se le denomina comúnmente flujo interno y aquel que fluye en el interior del contenedor comofluido de carcaza o fluido externo. En los extremos de los tubos, el fluido interno es separado del fluido externo de la carcasa por las placas del tubo. Los tubos se sujetan o se sueldan a una placa para proporcionan un sello adecuado. En sistemas donde los dos fluidos presentan una gran diferencia entre sus presiones, el líquido con mayor presión se hace circular típicamente a través de lostubos y el líquido con una presión más baja se circula del lado de la cáscara. Esto es debido a los costos en materiales, los tubos del intercambiador de calor se pueden fabricar para soportar presiones más altas que la cáscara del cambiador con un costo mucho más bajo. Las placas de soporte también actúan como bafles para dirigir el flujo del líquido dentro de la cáscara hacia adelante y hacia...