Definición de Intercambiador de Calor
Ingeniera Química
Recipiente sometido a presión en el cual se produce un intercambio de energía entre dos fluidos, es decir, una transferencia de calor desde una zona de alta temperatura a una zona de baja temperatura. El proceso puede ser directo, si los dos medios están en contacto entre sí o indirecto si existe otro fluido que se interpone entre ellos.
Fundamentos de la transferencia de calor
Para que sea efectivo el traspaso de calor de un medio a otro debe existir una fuerza impulsora, en este caso, llamamos fuerza impulsora a la diferencia de temperatura que existe entre ambos fluidos. En este sentido, la energía se transfiere desde la zona más caliente hacia la zona más fría.
Si bien se espera que todo el calor cedido por la fase más caliente sea calor absorbido o ganado por la fase más fría, el balance no es directo, existen pérdidas por calor.
El fenómeno de transferencia de calor se basa en el Principio Cero de la Termodinámica, que explica la manera en que los fluidos al entrar en contacto llegan a su equilibrio térmico, igualando sus temperaturas si el tiempo y el área de contacto es lo suficientemente adecuado para llegar al punto de equilibrio.
Tipologías
Cuando hablamos de tipología nos referimos a la división más grande que existe en función del tipo de contacto entre fases. Como bien dijimos, si el contacto entre los medios es directo, es decir, no existe otro fluido de transferencia de calor entre los fluidos que se desea intercambiar energía, entonces responde de modo directo. Las torres de enfriamiento es un caso típico de este tipo de intercambio, ya que, por ejemplo, el agua de enfriamiento o agua de torre ingresa por la parte superior y, por la parte inferior, en contra corriente, se induce una corriente de aire para que exista la transferencia de calor y masa esperada.
En cambio, cuando nos referimos a intercambiadores indirectos, hablamos de equipos que cuentan con una superficie intermedia de transferencia de calor, como puede ser un sólido o inclusive otro fluido. En este caso, el proceso ocurre con convección o conducción. En la mayoría de los intercambiadores, los mecanismos de transferencia de masa son por: convección, cuando el fluido caliente transmite su calor hacia la pared interna de un tubo y luego este lo transmite desde la pared externa hacia el otro fluido en contacto y, por otro lado, conducción, interna en la pared del tubo.
También se los puede clasificar en función del tipo de flujo: flujo en paralelo, si las corrientes viajan en el mismo sentido, a contracorriente, si intercambian calor al viajar en sentidos opuestos o bien, flujo cruzado cuando los fluidos recorren el equipo de manera perpendicular entre sí.
Así mismo, hay intercambiadores de un solo paso o multipasos, dependiendo las veces que el fluido recorra la longitud del intercambiador y entre en contacto con la otra fase.
Por último, la clasificación se puede dar en función de su geometría: a grandes rasgos encontramos: intercambiadores de tubo y carcaza e intercambiadores de placas. En el primero de ellos, consta (como su nombre lo indica) de una carcasa o envolvente y cabezales que sostienen el haz de tubos en su interior. Por los tubos circula un determinado fluido que intercambia calor con el fluido que circula a través de la carcasa inundándola. El fluido puede recorrer un solo paso o bien puede hacer más de uno. En este caso, su costo de construcción es elevado; sin embargo, pueden operar a presiones elevadas y se diseñan en función el área de contacto necesaria para la transferencia de calor, por lo que su tamaño puede variar de acuerdo con las necesidades del proceso. El mantenimiento es sencillo, si bien los tubos pueden tener cierta dificultad para su limpieza, esta puede hacerse de manera química o mecánica y es posible extraer la placa portatubos para la inspección de la obstrucción de algunos de ellos.
En el caso de los intercambiadores de placas, están formados por varias placas que intercaladas circula por cada una de ellas los diferentes fluidos de intercambio. Entre placas hay aire. Como es de esperar, el área de las placas es mucho mayor al área de un tubo, por lo que la capacidad de intercambio aumenta considerablemente. Mientras que los haz de tubos trabajan a presiones elevadas, los intercambiadores de placas están limitados a presiones no mayores a 25 bar. Se utilizan en general en la industria de los alimentos, donde se requiere extremos cuidados de higiene, puesto que por estructura son más fáciles de limpiar y evitan la sedimentación.
Trabajo publicado en: Ene., 2023.
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