Loss intercambiadores de calor son aparatos que facilitan el intercambio de calor entre dos fluidos que se
encuentran a temperaturas diferentes y evitan al mismo tiempo que se mezclen entre sí. En un
intercambiador la transferencia de calor suele comprender convección en cada fluido y conducción a través
de la pared que los separa.
TIPOS DE INTERCAMBIADORES
El tipo más simple de intercambiador de calor consta de dos tubos concéntricos de diámetros diferentes,
como se muestra en la figura 11-1, llamado intercambiador de calor de tubo doble. En un intercambiador
de este tipo uno de los fluidos pasa por el tubo más pequeño, en tanto que el otro lo hace por el espacio
anular entre los dos tubos. Son posibles dos tipos de disposición del flujo:
– Flujo paralelo
– Contraflujo
Otro tipo de intercambiador de calor, diseñado específicamente para lograr una gran área superficial de
transferencia de calor por unidad de volumen, es el compacto. La gran área superficial en los
intercambiadores compactos se obtiene sujetando placas delgadas o aletas corrugadas con poco espacio
entre sí a las paredes que separan los dos fluidos. Los intercambiadores compactos son de uso común en
la transferencia de calor de gas hacia gas y de gas hacia líquido. Los dos fluidos suelen moverse de manera
perpendicular entre sí y a esa configuración de flujo se le conoce como flujo cruzado.
El tipo más común de intercambiador de calor en las aplicaciones industriales sea el de tubos y coraza,
mostrado en la figura 11-4. Estos intercambiadores de calor contienen un gran número de tubos (a veces
varios cientos) empacados en un casco con sus ejes paralelos al de éste. Es común la colocación de
desviadores en la coraza para forzar al fluido a moverse en dirección transversal a dicha coraza con el fin
de mejorar la transferencia de calor,
y también para mantener un espaciamiento uniforme entre los tubos.
Los intercambiadores de tubos y coraza se clasifican todavía más según el número de pasos que se realizan
por la coraza y por los tubos. Por ejemplo, los intercambiadores en los que todos los tubos forman una U
en la coraza se dice que son de un paso por la coraza y dos pasos por los tubos.
Un tipo innovador de intercambiador de calor que
ha encontrado un amplio uso es el de placas y
armazón (o sólo de placas), el cual consta de una
serie de placas con pasos corrugados y aplastados
para el flujo (figura 11-6). Los fluidos caliente y
frío fluyen en pasos alternados, de este modo cada
corriente de fluido frío queda rodeada por dos
corrientes de fluido caliente, lo que da por
resultado una transferencia muy eficaz de calor.
Resultan muy apropiados para aplicaciones de
intercambio de calor de líquido hacia líquido,
siempre que las corrientes de los fluidos caliente y
frío se encuentren más o menos a la misma
presión.
Otro tipo de intercambiador de calor que se relaciona con el paso alternado de las corrientes de los fluidos
caliente y frío a través de la misma área de flujo es el regenerativo. Éste puede ser de dos tipos:
– Estático: es una masa porosa que tiene una gran capacidad de almacenamiento de calor. Los
fluidos caliente y frío fluyen a través de esta masa porosa de manera alternada. El calor se
transfiere del fluido caliente hacia la matriz del regenerador durante el flujo del mismo, y de la
matriz hacia el fluido frío durante el paso de éste.
– Dinámico: consta de un tambor giratorio y se establece un flujo continuo del fluido caliente y del
frío a través de partes diferentes de ese tambor, de modo que diversas partes de este último pasan
periódicamente a través de la corriente caliente, almacenando calor, y después a través de la
corriente fría, rechazando este calor almacenado.
INTERCAMBIADORES DE CALOR A CONTRAFLUJO
los fluidos caliente y frío entran en el intercambiador por los extremos opuestos y, en este caso, la
temperatura de salida del fluido frío es posible que sobrepase la de salida del fluido caliente. En el caso
límite, el fluido frío se calentará hasta la temperatura de entrada del fluido caliente. Sin embargo, la
temperatura de salida del fluido frío nunca puede ser mayor que la de entrada del fluido caliente, ya que
esto sería una violación de la segunda ley de la termodinámica.
FACTOR DE Incrustación
El rendimiento de los intercambiadores de calor suele deteriorarse con el paso del tiempo como resultado
de la acumulación de depósitos sobre las superficies de transferencia de calor. La capa de depósitos
representa una resistencia adicional para esta transferencia y hace que disminuya la razón de la misma
en un intercambiador. El efecto neto de estas acumulaciones sobre la transferencia de calor se representa
por un factor de incrustación Rf el cual es una medida de la resistencia térmica introducida por la
incrustación.
EL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR TOTAL
Por lo común un intercambiador de calor está relacionado con dos fluidos que fluyen separados por una pared sólida. En primer lugar, el calor se transfiere del fluido caliente hacia la pared por convección, después a través de la pared por conducción y, por último, de la pared hacia el fluido frío de nuevo por convección. Cualesquiera efectos de la radiación suelen incluirse en los coeficientes de transferencia de calor por convección.
Diámetro HIDRÁULICO
es una dimensión característica de la dinámica del flujo y es una razón del área transversal del conducto a tubería y el perímetro mojado multiplicado por 4.
Es comúnmente utilizado cuando se manejan fluidos en canales y tubos no circulares, utilizando este termino se puede utilizar en otras aplicaciones de la misma forma como si fuese una tubería de sección circular.
USO DEL FACTOR DE Corrección
el factor de correcion F depende de la configuración geométrica del IQ y de la temp de entrada y salida de las corrientes del fluido frio y caliente.
el valor F para un IC es una medida de la desviación de la delta tml con respecto a los valores correspondientes a los casos de contraflujo. El valor limite F=1 corresponde al IC a contra flujo de tubo doble y f menos igual 1 en IC de pasos múltiples de flujo cruzado para calcular F se debe calcular P y R.