INTERCAMBIADORES DE CALOR
Introducción
Para poder comprender el tema de los intercambiadores de calor hay
que saber que es transferencia de calor, la cual se define al fenómeno físico que consiste en el
traspaso de energía calórica de un medio a otro. Esto ocurre cuando dos
sistemas que se encuentran a distintas temperaturas se ponen en contacto,
permitiendo el flujo de la energía del punto de mayor temperatura al de menor,
hasta alcanzar un equilibrio térmico, en el que se igualan las temperaturas. El
proceso de la transferencia de calor es indetenible (no se lo puede frenar)
aunque ralentizable (se puede desacelerar), empleando barrares y aislantes.
Pero siempre que exista una diferencia de calor en el universo, el calor
tenderá a transferirse a través de los medios disponibles. Dependiendo de
ellos, dicha transferencia podrá darse por tres modos: conducción, convección y
radiación.
Los intercambiadores de calor son uno de los equipos de mayor uso
en la industria. Son básicos en las instalaciones de refrigeración,
calefacción, aire acondicionado y de regulación de la temperatura, puesto que
están presentes en todas las instalaciones más comunes y polivalentes. Es por
esto por lo que, pese a que su funcionamiento es muy sencillo (se basa en la
termodinámica y en el intercambio de calor entre dos fluidos), están presentes
en una gran variedad de industrias, lo que ha provocado que exista un amplio
abanico de intercambiadores con diferentes características.
Definición.
Un intercambiador de calor es un dispositivo que permite la
transferencia de calor entre dos fluidos a diferentes temperaturas sin que se
mezclen. Estos fluidos pueden ser líquidos, gases o una combinación de ambos.
La transferencia de calor puede ser en forma de calentamiento o enfriamiento,
según las necesidades del proceso.
Esquema de los
Intercambiadores de Calor (Funcionamiento)
El llamado principio cero de la
termodinámica es el que explica el funcionamiento del
intercambiador de calor. Según este, cuando dos objetos (en nuestro caso,
fluidos) a distinta temperatura entran en contacto, se produce una
transferencia de calor entre ambos hasta que se llega al equilibrio térmico, es
decir, hasta que sus temperaturas se igualan. Esto es perfectamente consecuente
con la ley de la conservación de la energía, puesto que el flujo de calor
también es una transferencia de energía y, por tanto, no es que el calor
desaparezca, sino que fluye hacia el elemento con menor temperatura.
En concreto, los intercambiadores de
calor (en su gran mayoría) fuerzan 3 transferencias de calor.
v Convectiva: el fluido caliente transmite
su calor a la pared interna del tubo o de la placa.
v Conductiva: la que se produce a través
de la propia placa o tubo.
v Convectiva: en este caso, el calor se
transmite desde la parte externa del tubo o placa al fluido con menor
temperatura.
De este modo, en estos aparatos el fluido a mayor temperatura va cediendo calor según va recorriendo el dispositivo. Esto implica que en cada momento el coeficiente de transferencia de calor por convección es diferente y, consecuentemente, también varía el coeficiente global de transmisión de calor.
Un intercambiador de calor es un equipo
que transfiere continuamente calor de un medio a otro. Hay dos tipos
principales de intercambiadores de calor: directos e indirectos.
v Intercambiador de calor directo, donde ambos medios están en contacto
directo entre sí. Se da por sentado que los medios no se mezclan. Un ejemplo de
este tipo de intercambiador de calor es una torre de enfriamiento, donde el
agua se enfría a través del contacto directo con el aire.
v Intercambiador de calor indirecto, donde ambos medios están separados por una pared a través de la cual se transfiere el calor.
pdLos intercambiadores de calor indirectos están disponibles en varios tipos principales (placa, carcasa y tubo, espiral, etc.) En la mayoría de los casos, el tipo de placa es el intercambiador de calor más eficiente. En general, ofrece la mejor solución a los problemas térmicos, brindando los límites más amplios de presión y temperatura dentro de la restricción del equipo actual.
Además, también existe la siguiente clasificación.
Tubos y Carcasa (Shell and Tube): Este es uno de los tipos más
comunes de intercambiadores de calor. Consiste en un conjunto de tubos dentro
de una carcasa. Uno de los fluidos circula a través de los tubos, mientras que
el otro fluye en la carcasa alrededor de los tubos. Ideal para aplicaciones de
alta presión y alta temperatura.
Placas: Los intercambiadores de calor de
placas utilizan placas delgadas con canales para dirigir los fluidos. Son
compactos y eficientes, ideales para aplicaciones de transferencia de calor de
alta superficie.
Haz de Tubos (Finned Tube)
Estos intercambiadores de calor tienen aletas en la superficie de los tubos para aumentar la superficie de transferencia de calor. Son útiles en aplicaciones donde se requiere un área de transferencia de calor adicional.
De Contacto Directo: En estos intercambiadores, los dos
fluidos entran en contacto directo entre sí, lo que permite una transferencia
de calor muy eficiente. Se utilizan en procesos de evaporación y condensación.
De Placas Deslizantes (Plate-Fin): Estos intercambiadores de calor
tienen finas placas metálicas que dividen los fluidos. Son eficaces para
aplicaciones en las que se necesita un control preciso de la temperatura.
Aplicaciones de Intercambiadores de Calor en la Industria
Los intercambiadores de calor se
utilizan en una amplia variedad de aplicaciones industriales, que incluyen:
Generación de Energía: En plantas de energía, se utilizan
para enfriar vapor y condensarlo en agua.
Industria Química: Se emplean en la destilación, la
refrigeración y la recuperación de calor en procesos químicos.
Procesamiento de Alimentos: En la industria alimentaria, se
utilizan para pasteurizar y esterilizar líquidos y productos.
Climatización: En sistemas de aire acondicionado
y refrigeración para enfriar o calentar aire o líquidos.
Conclusión
Los intercambiadores de calor son
esenciales en la industria para optimizar la transferencia de calor en una
variedad de aplicaciones. La elección del tipo de intercambiador de calor
depende de las necesidades específicas de cada proceso, incluyendo la temperatura,
la presión y la eficiencia requerida. La comprensión de estos tipos de
intercambiadores de calor es fundamental para mejorar la eficiencia y la
productividad en una amplia gama de industrias.
Referencias
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