Selección de intercambiadores calor.

Equipos de Transferencia de Calor

Los Equipos modernos de transferencia de calor no solo incluyen intercambiadores de tubos concéntricos sino que también abarcan intercambiadores de superficies complejas con miles de metros cuadrados de área de intercambio. En el medio de estos 2 tipos de equipos se encuentran los convencionales intercambiadores de tubo y carcaza, de serpentín,intercambiadores bayoneta, intercambiadores de calor aletados con superficie extendida, intercambiadores de placa, condensadores, evaporadores, hornos, y muchos otros equipos de transferencia de calor más especializados. Una selección inteligente de equipos de transferencia de calor requiere un entendimiento de las teorías básicas de transferencia de calor.
El intercambiador de tubo y carcaza es elmás comúnmente usado en la industria de procesos, contando hoy en día con al menos un 60 % del total de intercambiadores en uso. Estos intercambiadores son diseñados de acuerdo a las especificaciones TEMA (Asociación de Fabricantes de Intercambiadores Tubulares) y estos pueden ser usados virtualmente en cualquier capacidad y condiciones de operación, desde grandes vacíos a presiones ultra altas,desde bajas a muy altas temperaturas, y para muchas diferencias de presión y de temperatura entre los fluidos que intercambiarán calor. Los Materiales de construcción generalmente proveen la única limitación en las condiciones de operación puesto que ellos pueden ser diseñados para satisfacer otras condiciones de vibración, alta suciedad, alta viscosidad de fluidos, erosión, corrosión, toxicidad,mezclas multicomponentes, etc. Los intercambiadores de tubo y carcaza pueden ser fabricados desde una variedad de materiales metálicos y no metálicos con superficies con áreas que van desde 0.1 hasta 100 000 metros cuadrados. Sin embargo estos intercambiadores por lo general exhiben un orden de magnitud de superficie por unidad de volumen menor que los intercambiadores “compactos” y requierenconsiderable espacio, peso, y soporte estructural.
Los distintos intercambiadores de calor poseen distintas ventajas tales como la capacidad de operar con bajos requerimientos de energía, resistencia a la corrosión, facilidad de limpieza y mantención, etc.

Teoría básica de transferencia de calor en intercambiadores

El calor puede ser transferido desde una fuente a un receptor pormedio de conducción, convección o radiación. En muchos casos el intercambio ocurre por una combinación de dos o tres de estos mecanismos. Cuando la tasa de transferencia de calor permanece constante y no es afectada por el tiempo, El flujo de calor es designado como en estado estacionario; un estado no estado no estacionario existe cuando la tasa de transferencia de calor en algún punto varía conel tiempo. La mayoría de las operaciones industriales en las cuales está involucrada una transferencia de calor son asumidas para operar bajo condiciones de estado estacionario incluso cuando estos procesos pueden encontrarse en condiciones de estado no estacionario durante la puesta en marcha, “parada”, y “ciertas” condiciones. Por otra parte, las condiciones de estado no estacionario sonencontradas en procesos batch, enfriamiento y calentamiento de materiales como metales, polímeros, o vidrios y ciertos tipos de regeneración, curado o procesos de activación.

Selección del tipo de intercambiador de calor

Una de las decisiones más importantes tomadas por el ingeniero para llegar a una solución satisfactoria para un intercambiador de calor en especifico es la selección del tipo deintercambiador a utilizar. En la industria química la selección preferida ha sido el intercambiador de tubo y carcaza, por lo cual tiene bien establecidos sus códigos y estándares creados por TEMA y ASME (Sociedad Americana para Ingenieros Mecánicos). Sin embargo, para lograr mayores eficiencias térmicas al mismo tiempo que se minimiza el costo, el uso de otros intercambiadores a recibido...