INTERCAMBIADORES DE CALOR

INTRODUCCION

El calor puede ser transmitido por conducción, convección y radiación, y, aunque

estos fenómenos no son generalmente encontrados por separado, siempre que se

evalúa un sistema de intercambio se considera el principio de intercambio de

calor.

Al evaluar la teoría que reportan las investigaciones sobre la transferencia de calor

resulta obvio que uno de los principales objetos de estudio es la transferencia de

calor por convección con tubos y aletas o sin aletas, con el objetivo de desarrollar

y mejorar la eficacia de los intercambiadores, lo que demuestra la importancia de

este equipo en aplicaciones comerciales e industriales.

Aunque el estudio de los intercambiadores de calor por convección tiene una

historia relativamente antigua, con más de 100 años, el desarrollo de la ciencia y

la tecnología y la aparición de nuevos campos de investigación plantea nuevas

exigencias para mejorar el rendimiento de los intercambiadores de calor.

En la mayoría de las aplicaciones comerciales uno de los temas más ampliamente

estudiados es la transferencia de calor por convección mediante el flujo de aire

forzado, que se aplica por lo general cuando es necesario rechazar el calor a

bajas temperaturas.

OBETIVO GENERAL

Estudiar los intercambiadores de calor en función a sus parámetros.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

� Conocer los diferentes tipos de intercambiadores de calor.

� Conocer las características de los intercambiadores de calor.

� Conocer las ventajas y desventajas de los diferentes intercambiadores de

calor.

MARCO TEÓRICO

DEFINICIÓN

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.

� Económico en construcción.

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.

� Altas presiones.

� 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 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 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).

Intercambiador de placas.

CONCLUSIONES

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. Tenemos cinco tipos de intercambiadores de calor: Doble Tubo,

Tubos y Corazas, Flujo Cruzado, Compacto, Placas.

Los intercambiadores de calor son muy usados en la industria ya que son parte

esencial de los dispositivos de refrigeración, acondicionamiento de aire,

producción de energía y procesamiento químico.

BIBLIOGRAFÍA

MSc. Luis Moncada – Universidad Nacional de Trujillo (Perú)

Ingenieria.udea.edu.co/public.../Lab

www.schraderinternational.com

www.c-a-m.com/Forms/Resource.

Thermo equipos C.A.