INTERCAMBIADORES DE CALOR

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INTERCAMBIADORES DE CALOR.

Un intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para transferir calor de un fluido a otro, sea que estos estén separados por una barrera 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, a su vez, reduce la temperatura del motor volviendo a circular en el interior del mismo.

TIPOS DE INTERCAMBIADORES.

Los intercambiadores de calor se clasifican en 5 tipos. Intercambiadores de: 1. Doble Tubo. 2. Tubos y Corazas. 3. Flujo Cruzado. 4. Compacto. 5. Placas.

Doble Tubo: Es el tipo más sencillo de intercambiador de calor. Está constituido por dos tubos concéntricos de diámetros diferentes. Uno de los fluidos fluye por el tubo de menor diámetro y el otro fluido fluye por el espacio anular entre los dos tubos. En este tipo de intercambiador son posibles dos configuraciones en cuanto a la dirección del flujo de los fluidos: contraflujo y flujo paralelo. En la configuración en flujo paralelo los dos fluidos entran por el mismo extremo y fluyen en el mismo sentido. En la configuración en contraflujo los fluidos entran por los extremos opuestos y fluyen en sentidos opuestos.

 En un intercambiador de calor en flujo paralelo la temperatura de salida del fluido frío nunca puede ser superior a la temperatura de salida del fluido caliente.

 En un intercambiador de calor en contraflujo la temperatura de salida del fluido frío puede ser superior a la temperatura de salida del fluido caliente. El caso límite se tiene cuando la temperatura de salida del fluido frío es igual a la temperatura de entrada del fluido caliente. La temperatura de salida del fluido frío nunca puede ser superior a la temperatura de entrada del fluido caliente.

Ventajas:

 Fácil mantenimiento.  Facilidad de control.

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Desventajas:

 Muchas fugas.

 Poca transferencia de calor. (escape de calor hacia el ambiente). 

Intercambiador de calor de doble tubo.

Coraza y tubos: Las unidades conocidas con este nombre están compuestas en esencia por tubos de sección circular montados dentro de una coraza cilíndrica con sus ejes paralelos al aire de la coraza.

Los intercambiadores de calor líquido-líquido pertenecen en general a este grupo y también en algunos casos los intercambiadores gas-gas.

Son muy adecuados en las aplicaciones en las cuales la relación entre los coeficientes de transferencia de calor de las dos superficies o lados opuestos es generalmente del orden de 3 a 4 y los valores absolutos son en general menores que los correspondientes a los intercambiadores de calor líquido-líquido en un factor de 10 a 100, por lo tanto se requiere un volumen mucho mayor para transferir la misma cantidad de calor.

Existen muchas variedades de este tipo de intercambiador; las diferencias dependen de la distribución de configuración de flujo y de los aspectos específicos de construcción. La configuración más común de flujo de intercambiadores líquido-líquido de coraza y tubos.

Un factor muy importante para determinar el número de pasos del flujo por el lado de los tubos es la caída de presión permisible. El haz de tubos está provisto de deflectores para producir de este modo una distribución uniforme del flujo a través de él.

Ventajas:

 Son eficientes debido a la alta turbulencia.  Altas temperaturas.

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 Sin sellos. Desventajas:

 Elevado factor de ensuciamiento.  Equipos muy grandes y pesados.  Baja transferencia de calor.

Intercambiador de tubos y corazas.

Compactos. Son intercambiadores diseñados para lograr una gran área superficial de transferencia de calor por unidad de volumen. La razón entre el área superficial de transferencia de calor y su volumen es la densidad de área b. Un intercambiador con b > 700 m2/m3 se clasifica como compacto. Ejemplos

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de intercambiadores de calor compactos son los radiadores de automóviles, los intercambiadores de calor de cerámica de vidrio de las turbinas de gas, el regenerador del motor Stirling y el pulmón humano.

En los intercambiadores compactos los dos fluidos suelen moverse en direcciones ortogonales entre sí. Esta configuración de flujo recibe el nombre de flujo cruzado. El flujo cruzado se clasifica a su vez en mezclado ( uno de los fluidos fluye libremente en dirección ortogonal al otro sin restricciones ) y no mezclado ( se disponen una placas para guiar el flujo de uno de los fluidos ). En la figura siguiente se muestran esquemas de ambos tipos de flujo:

Flujo cruzado: alternativamente los fluidos pueden moverse en flujo cruzado (perpendicular uno al otro), los intercambiadores en flujo cruzado se utilizan comúnmente en procesos de enfriamiento o calentamiento de aire o gas. Las dos configuraciones difieren de acuerdo si el fluido que se induce sobre los tubos esta mezclado o sin mezclar.

Ventajas:

 hay mayor transferencia de calor por tener un área de contacto mas directa pues ambos fluidos interactúan entre si.

 baja incrustación

 diferenciales de temperatura pequeños

Desventajas:

• bajas presiones

• sellos o juntas

• mantenimiento

Intercambiador de calor de flujo cruzado.

Intercambiadores de placas: Los intercambiadores de calor de placa son de uso frecuente en fluidos de baja viscosidad con demandas moderadas de temperaturas y presión, típicamente por debajo de los 150°C. Los

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intercambiadores de calor de placas y marco consisten en una serie de placas acanaladas que se montan en un marco y se afianzan con abrazaderas.

Ventajas

 Facilidad de desarmado para limpieza.

 Utilizado fundamentalmente en la industria alimentaria. Desventajas

 No se puede trabajar a altas presiones (max. 300 psia).  No se puede trabajar a altas temperaturas (max. 300ºf).

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Referencias