Resumen de intercambiadores de placas

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Intercambiadores de placas

Al abordar el tema de los tipos de intercambiadores, habría que tomar en cuenta primeramente que existen ciertas condiciones que hacen más atractiva su implementación. Estas herramientas se clasifican en dos; las que son tipo placa o las tubulares. Un claro ejemplo de los aspectos que se toman para determinar la eficiencia del proceso; sería la aproximación de temperaturas, así como el capital y los costos de operación. Conjuntamente a estos dos elementos se adjuntan factores como el mantenimiento, peso y limitaciones de espacio. Conviene destacar que, los niveles de temperatura al igual que la presión fungen como aspectos determinantes en cuanto a la selección entre un intercambiador de placas y uno tubular. Por ende, es lógico qué se considere más idóneo emplear un intercambiador de placas en procesos que impliquen un material de construcción de alto costo.

Otro rasgo relevante por esclarecer sobre los intercambiadores de placas es la completa accesibilidad que ofrecen a todas sus partes para cualquier inspección, limpieza y/o reemplazo. Por lo que no requieren espacio extra para mantenimiento, su limpieza con aditivos químicos es comparativamente más fácil pues, los canales de las placas proporcionan un régimen turbulento para el flujo de limpieza debido a su configuración. Es por ello por lo que dicha herramienta es particularmente eficiente para manipular fluidos con tendencia a formar incrustaciones, así como para servicios que demanden frecuente limpieza.

Por otra parte, en cuestiones de temperatura y presión, un intercambiador de placas puede llegar a tener temperaturas bajas como 1 °C, haciéndolo idóneo en el aspecto de tener una recuperación de energía alta, mientras el límite práctico para un intercambiador de casco y tubo es alrededor de 5 °C. Otros rasgos significativos son los coeficientes de transferencia de calor, debido a que en un intercambiador de placas son más altos dado a su alta turbulencia de flujo en los canales, lo cual es conseguido con moderadas caídas de presión. Es claro entonces porque dicha herramienta es capaz de recuperar el 90 % del calor mientras que un intercambiador de casco y tubos operando económicamente puede recuperar solamente el 50 %.

No obstante, habría que hacer hincapié en las limitaciones de diseño. Estas pueden ser concebidas como una variedad de desventajas que incluyen desde soportar únicamente una presión máxima de 25 atm al igual que temperaturas de alrededor de 300 °C. A causa de ello, se han potencializado proyectos de desarrollo a dichos intercambiadores con la finalidad de mejorar sus capacidades referentes a la resistencia ante mayor presión y temperatura. Simultáneamente a este hecho se han llevado a cabo remodelaciones con respecto al tamaño y grosor de las placas unidas al diseño del armazón.

En la actualidad aún no existe un diseño estándar común para el intercambiador de placas tal como el de la TEMA o la BSS para intercambiadores tubulares. Los materiales comunes de estos intercambiadores son acero inoxidable, titanio, níquel, monel, incoloy 825, hastelloy C, bronce al fósforo y cobre-niquel. Cabe resaltar que el armazón de un intercambiador de placas consiste en dos placas extremas fuertes, una barra vertical y dos barras horizontales, una en la parte superior y otra en la parte inferior.

Es oportuno subrayar que, las placas térmicas están suspendidas sobre las barras horizontales y presionadas sobre las placas extremas. Habría que recordar que, las placas extremas y el armazón no están en contacto con los fluidos. Están hechas de acero al carbono y algunas veces de hierro fundido, deben llevar un recubrimiento protector. Así mismo estas resisten mezclas de compuestos químicos orgánicos, así como un rango de temperatura de operación alrededor de 200 C.

A su vez debemos resaltar que, la sección transversal de las empaquetaduras varía de acuerdo a los tipos de placas, siendo las más comunes las secciones trapezoidales u ovales. Debido a que las empaquetaduras no son muy elásticas comparadas con los plásticos, las placas y el armazón deben estar sujetos para soportar grandes fuerzas de presión requeridas para el sellado. Los fluidos viscosos que podrían fluir laminarmente en intercambiadores tubulares, posiblemente son probables en flujo turbulento en un intercambiador de placas.

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Al especificar una construcción que emplee tubos de acero inoxidable al costado de esta para servicios múltiples, el intercambiador de placas compite con el tubular. En otros factores, según el modelo de flujo en los intercambiadores de placas, la diferencia de temperaturas media logarítmica se puede ajustar usando un factor de corrección y en la cuestión de su construcción recientemente se denominan “suaves” o “duras” en el área de las placas. En la primera se caracterizan por bajos coeficientes de transferencia y pequeñas caídas de presión, a diferencia de las segundas.

Es prudente advertir que, las placas duras son más complejas, largas y angostas. Pues, tienen profundas corrugaciones y pequeños espacios entre ellas. Es por ello que, para decidir el tipo de placa para un servicio particular, se hace uso del número de unidades de transferencia (HTU):

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HTU, también es conocido como el factor de rendimiento, longitud térmica o razón de temperaturas, y puede definirse como el cambio total de temperatura para el fluido, dividido por la diferencia de medios aritméticos de temperaturas para el intercambiador.

Es claro el por qué las placas duras son más convenientes para operaciones difíciles que requieren altos valores de HTU, dado que con este tipo se consiguen altas recuperaciones de calor. En cambio, las de tipo suave son recomendables para operaciones fáciles en las cuales se requieren bajos valores de HTU. A valores alto HTU, la operación se lleva acabo con una caída de presión relativamente alta, tal que puede hacerse tan grande. Pese a que no es permisible por el alto costo de bombeo. Cuestión contraria a lo que sucede con el HTU.

Otro aspecto a tomar en cuenta es, el número de unidades de transferencia ya que estos dependen de la configuración de las placas, así como de la longitud de las mismas. Es decir, que un intercambiador de placas típico debe tener 2 a 2,5 HTU por paso. Aunque, un tamaño determinado de placas puede seleccionarse para operaciones liquidas mediante el uso de correlaciones generalizadas. Es por ello que, el factor térmico para la ∆TL es dependiente del número de fluidos. Cuando la relación de tránsito entre los fluidos cae entre 0,66 y 1,5 es posible tener un arreglo con el mismo número de pasos en ambos lados del intercambiador y en el momento que hay un número igual de pasos para los fluidos, el factor térmico es alto. Por ello, las relaciones de flujo cambian mucho y se usa en un sistema de paso múltiple con diferente número de pasos para cada fluido.

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