INTERCAMBIADOR DE CALOR DE PLACAS

INTRODUCCIÓN

A finales del siglo XIX el tipo de intercambiador de calor más ampliamente utilizado era el tipo flash. A pesar de sus muchos defectos, este modelo de intercambiador de calor estaba aún en uso en muchas industrias lácteas incluso en los años 1950.

En 1878 un alemán, Albert Dracke, depositó una patente de un aparato en el que un líquido podía enfriar a otro fluyendo cada uno de los fluidos en capa fina a ambos lados de la pared de intercambio de una serie de placas. A comienzos de los años 1920 las viejas ideas alemanas se retomaron, desarrollándose un intercambiador de calor regenerativo que se basaba en estos conceptos. Desde entonces los intercambiadores de calor de placas han asumido un papel predominante en las operaciones de calentamiento y enfriamiento en la industria.

Intercambiadores de calor de placas

Casi todo el intercambio térmico en productos lácteos se realiza en intercambiadores de placas. El intercambiador de calor de placas consta de un paquete de placas de acero inoxidable, sujetas por un bastidor.

El bastidor puede contener varios paquetes de placas separados, formando secciones o cuerpos, en las cuales se efectuarán diversos procesos como pueden ser los precalentamientos, calentamientos finales y enfriamiento. El medio de calentamiento es agua caliente, y el medio de enfriamiento puede ser agua fría, agua helada o glicolada, dependiendo de las temperaturas de salida requeridas para el producto.

Las placas están corrugadas de forma que se consiga una transferencia óptima de calor. El paquete de placas se encuentra comprimido en el bastidor. Puntos de soporte en las ondulaciones de las placas hacen que éstas se mantengan separadas de forma que existan canales delgados entre ellas.

Los líquidos entran y salen de los canales a través de portillos situados en las esquinas de las placas. A base de abrir portillos y dejar ciegos otros se conducen los líquidos de un canal al siguiente. Las juntas colocadas en los bordes de las placas y de los portillos limitan los canales y evitan goteos.

Tipos de flujo

El producto entra por un portillo de una esquina en el primer canal de la sección y fluye verticalmente por dicho canal. Sale por el otro extremo a través de otro portillo que lo conduce hasta el siguiente canal, y así sucesivamente. La disposición del paso por los portillos se hace de manera que el producto tiene a ambos lados un canal por donde circula el medio calefactor o refrigerante.

Para conseguir una buena eficiencia en la transmisión de calor, los canales que quedan entre las placas deben ser lo más estrechos posible, pero, por otra parte, tanto la velocidad del flujo como la caída de presión serán mayores si se hace pasar un fuerte volumen de producto entre los canales estrechos. Ninguno de estos efectos es deseable, y para evitarlos el paso del producto a través del intercambiador de calor se divide en una serie de flujos paralelos.

OBJETIVO GENERAL

Conocer los elementos principales de un intercambiador de placas, su funcionamiento y su operación, aplicando los conceptos teóricos de esta operación unitaria, así como conocer cómo se conforma un pasteurizador.

Objetivos específicos

Identificar los elementos principales que componen un pasteurizador (intercambiador de calor).

Tener los elementos necesarios para operar el pasteurizador.

Determinar el coeficiente global de transferencia de calor para cada una de las partes del pasteurizador.

Especificar las diferencias que existen entre un equipo de proceso y un equipo didáctico.

Partes del intercambiador de calor

Se utilizó un equipo pasteurizador H.T.S.T. M.R. Pasteuriser. Read Desco.

Imagen 1.En el centro de la imagen se observa el intercambiador de calor de placas, justo a un lado el tubo de sostenimiento.Los paneles en la parte superior izquierda y derecha son los termómetros de la leche, selector de temperatura, el encendido de la bomba, luces indicadoras y switch de calentamiento.

Imagen 2. El tanque de la parte inferior es el tanque para lavado y a un costado el tubo para el agua caliente. Justo detrás de este tubo se encuentra la bomba para el agua caliente.

En la parte izquierda de la imagen se encuentran las llaves de paso de la leche.

Imagen 3. Tanque en donde se encuentra la leche que se va a pasteurizar.

Imagen 4. Tanque en donde se recibe la leche pasteurizada

Cálculos y discusión

1.- En función de las características del equipo escriba los datos que pueda obtener.

Temperatura de entrada de la leche (21 *C)

Temperatura de salida de la leche (27*C)

Temperatura de entrada de agua (71 *C)

Largo (64cm)

Ancho (12.5cm)

Placas (70)

Grosor de placas (3mm)

Flujo de la leche a la salida (1L /10s)

2.- Diga si con ellos es factible determinar: (Conteste solo si o no

a) Coeficiente global de transferencia de calor (U) para cada una de las zonas del equipo.

Sí

b) El balance de masa y energía para cada una de las zonas del equipo.

Un balance de masa no es necesario, el balance de energía si se puede determinar.

c) La media logarítmica de temperaturas para cada una de las zonas del equipo.

No

3.- Calcule todo aquello a lo que le dio la respuesta sí.

Cálculo del coeficiente global de transferencia de calor

Donde (dado que se consideran iguales las propiedades de leche y agua):

h_C= h_H=0.28 (〖Re)〗^0.65 (〖Pr⁡)〗^(0.4 ) k/de

Donde:

Donde:

b= Grosor del empaque (3x10-3 m)

s=Ancho de placa (0.125 m)

n= Número de placas (PT=70)

Por lo tanto:

Dado que las placas totales son 70, el número de placas efectivas es de 68 y puesto que el arreglo se encuentra en contracorriente tanto el número de placas calientes como el de frías es de 34.

Por otro lado:

Así:

Luego entonces:

h_C= h_H=0.28 (〖47.24)〗^0.65 (〖15.06⁡)〗^(0.4 ) 1KJ/(hm°C)* /(〖6x10〗^(-3) m)= 1692.14 Kj/(hm^2°C)

Finalmente:

En cuanto a la determinación del coeficiente global de transferencia de calor, debe tomarse en cuenta los mecanismos de convección de cada lado de la pared, así como las condiciones

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