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Intercambiadores de calor.

Un intercambiador se puede describir de un modo muy elemental como un equipo en el que dos corrientes a distintas temperaturas fluyen sin mezclarse con el objeto de enfriar una de ellas, calentar la otra o ambas cosas a la vez. Es uno de los equipos industriales más frecuentes y prácticamente no existe industria en la que no se encuentre un intercambio de calor,debido a que la operación de enfriamiento o calentamiento es inherente a todo proceso que maneje energía en cualquiera de sus formas. Existe mucha variación en los diseños de los equipos de intercambio de calor. En ciertas ramas de la industria se han desarrollado intercambiadores muy especializados para ciertas aplicaciones puntuales (Geankoplis, 1998).

Intercambiadores de doble tubo.

Elintercambiador más simple es el intercambiador de doble tubo o de tubos concéntricos, donde uno de los fluidos fluye en el interior de una tubería y el otro lo hace en el espacio anular entre ambas tuberías. Los fluidos pueden circular en paralelo o en contracorriente. El intercambiador de calor puede fabricarse con un simple par de tubos adaptando las conexiones en los extremos, o con varios paresinterconectados en serie. Este tipo de intercambiador es útil para manejar, principalmente, flujos volumétricos bajos (Geankoplis, 1998).

Intercambiadores de haz de tubos y coraza.
Cuando se manejan flujos más grandes se usa un intercambiador de tubos y coraza (figura 2.5), que es el tipo más importante en las industrias de proceso. Los flujos de estos intercambiadores son continuos. Se usanmuchos tubos en paralelo con uno de los fluidos circulando en su interior. Los tubos, distribuidos en forma de manojo, están encerrados en una sola coraza y el otro fluido fluye por el exterior de los tubos. Dentro de la coraza, se usan deflectores transversales de tal manera que el fluido se ve forzado a fluir perpendicularmente por la batería de tubos en lugar de hacerlo en paralelo. Estaturbulencia adicional generada por el flujo transversal, aumenta el flujo de transferencia de calor de la coraza.
Existen tres tipos básicos de intercambiadores de haz de tubos y coraza. Dentro de cada uno de ellos hay numerosos subtipos diseñados para circunstancias de operación específicas. La construcción ha sido normalizada por una institución privada de los Estados Unidos de América llamada TEMA,siglas en inglés de la “Asociación de Fabricantes de Intercambiadores Tubulares”. Dichas normas han sido aceptadas en todo el mundo, y se pueden encontrar en todos los textos especializados en intercambiadores de calor. Los tres tipos básicos son: tubos en U, de cabezal fijo y de cabezal flotante:

Figura 2.5. Elementos de los intercambiadores de tubo y coraza (Walas, 1990).
Intercambiadores detubos en U.

El haz de tubos consiste en un panel estacionario de tubos en U (o de horquilla), deflectores o placas de soporte, espaciadores y tirantes apropiados. Éste se puede retirar de la coraza del intercambiador de calor. Se proporciona un cabezal del lado de los tubos (estacionario) y una coraza con cubierta integrada, que se suelda a la coraza misma. Cada tubo tiene libertad para dilatarsey contraerse, sin limitaciones debidas a la posición de los otros tubos. Además, los tubos en U presentan cambios de dirección graduales, porque la curva que forman en el extremo es muy abierta, lo que ofrece menor resistencia al flujo (Geankoplis, 1998).

Intercambiadores de cabezal fijo.

Es el tipo más popular cuando se desea minimizar la cantidad de juntas, no hay problemas de esfuerzos deorigen térmico y no es preciso sacar el haz (ambos fluidos no son corrosivos y el fluido del lado de coraza es limpio). Este tipo de intercambiador es sumamente proclive a tener fallas cuando hay esfuerzo térmico severo, resultando en que se producen fugas tanto internas como externas. Por ello es necesario realizar un análisis térmico considerando todas las fases de operación para detectar y...