Intercambiadores de calor

INTRODUCCIÓN

El proceso de intercambio de calor entre dos fluidos que están a diferentes temperaturas y separados por una pared sólida, ocurre en muchas aplicaciones de ingeniería. El dispositivo que se utiliza para llevar a cabo este intercambio se denomina intercambiador de calor.
Un intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para transferir calor de un fluido a otro sea que estosestén separados por una barrera sólida o que se encuentren en contacto. Son parte esencial de los dispositivos de refrigeración, acondicionamiento de aire, producción de energía y procesamiento químico.
Un intercambiador típico es el radiador del motor de un automóvil, en el que el fluido refrigerante, calentado por la acción del motor, se refrigera por la corriente de aire que fluye sobre él y, asu vez, reduce la temperatura del motor volviendo a circular en el interior del mismo.
De manera general, existen dos tipos de transmisión de calor en los intercambiadores de calor:
* Transmisión de calor por conducción: la conducción es la forma en que tiene lugar la transferencia de energía a escala molecular. Cuando las moléculas absorben energía térmica vibran sin desplazarse,aumentando la amplitud de la vibración conforme aumenta el nivel de energía. Esta vibración se transmite de unas moléculas a otras sin que tenga movimiento alguno.

* Transmisión de calor por convección: Cuando un fluido circula en contacto con un sólido, existe una diferencia de temperatura entre ambos, tiene lugar un intercambio de calor.
El objetivo de esta sección es presentar losintercambiadores de calor como dispositivos que permiten remover calor de un punto a otro de manera específica en una determinada aplicación.
TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR

Los intercambiadores normalmente se clasifican de acuerdo con el arreglo del flujo y el tipo de construcción.

* SEGÚN SU CONSTRUCCIÓN

Si bien los intercambiadores de calor se presentan en una inimaginable variedad de formasy 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 o desventajas en su aplicación.

INTERCAMBIADORES DE CORCAZA Y TUBO:

Los intercambiadores del tipo de coraza y tubo constituyen la parte más importantes de los equipos de transferenciade calor sin combustión en las plantas de procesos químicos.
Fig. 1
En general, el intercambiador coraza (carcaza) y tubo, consiste en una serie de tubos lineales colocados dentro de un tubo muy grande llamado coraza y representan la alternativa a la necesidad de una gran transferencia de calor. Dentro de este tipo de intercambiadores (de coraza y tubo), dependiendo a su construcción sepuede conseguir diferentes tipos como los son:

* Intercambiador de calor de espejo fijo: Los espejos se sueldan a la coraza. Por lo común, se extienden más allá de la coraza y sirven como bridas a la que sujetan como pernos los cabezales del lado de los tubos. Esta construcción requiere que los materiales de la coraza y los espejos se puedan soldar entre sí.

Fig. 2

* Intercambiador decalor de tubo en U: el haz de tubos consiste en un espejo estacionario, tubos en U (o de horquilla), deflectores o placas de soporte y espaciadores y tirantes apropiados. El haz de tubos se puede retirar de la coraza del intercambiador de calor. Se proporciona un cabezal del lado del tubo (estacionario) y una coraza con cubierta integrada, que se suelda a la coraza misma. Cada tubo tiene lalibertad para dilatarse o contraerse, sin limitaciones debidas a la posición de los otros tubos (los rehervidores de calderas, los evaporadores, etc., son con frecuencia intercambiadores de tubo en U con secciones ampliadas de la coraza para la separación del vapor y el líquido).
Fig. 3
* El calentador de succión del tanque: contiene un haz de tubo en U. Este diseño se utiliza con frecuencia en...