Intercambiadores de calor

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Definición

La finalidad de este escrito es la de exponer a los intercambiadores de calor, más específicamente  su funcionamiento y los distintos tipos que se pueden utilizar en la industria. De acuerdo a (Mc Cabe et al, 2007) menciona que en los procesos industriales, la energía que se expresa en forma de calor se puede transferir por una gran variedad de métodos, sin embargo, uno de los más usados son los denominados “Intercambiadores de Calor”.

Aunado a esto, (Çengel, 2004) describe que son aparatos los cuales pueden facilitar el intercambio de calor entre dos fluidos que se encuentran a diferentes temperaturas y el intercambiador de calor evita que dichos fluidos se mezclen entre sí. En cuanto a su funcionamiento, (Geankoplis, 1998) aclara que la transferencia de calor se da por medio del mecanismo de transferencia de calor por convección, esto se debe a que desde el fluido caliente, se transfiere su calor  a la pared o la superficie de los tubos, por conducción, y luego por convección al fluido frío.

A su vez (Levenspiel, 1993) declara que existen tres grandes tipos de intercambiadores de calor:

• El recuperador o intercambiador a través de una pared sin almacenar calor
• El intercambiador de contacto directo sin almacenar calor
• El regenerador, acumulador o intercambiador con almacenamiento de calor

Asimismo (Çengel, 2004) afirma que debido a las distintas aplicaciones de la transferencia de calor, es necesario requerir diferentes tipos de accesorios y configuraciones del equipo para llevar a cabo dicha transferencia.

Tipos de intercambiadores de calor

Intercambiador de calor de doble tubo

Con respecto a los tipos de intercambiadores de calor (Geankoplis, 1998) declara que el intercambiador de doble tubo (o también denominado de tubos concéntricos), es uno de los más sencillos que hay. Más aún (Doran, 2013) expresa que estos tipos de intercambiadores consisten en dos tubos de metal, y uno se encuentra en el interior del otro, y que un fluido fluye a través del tubo más pequeño, mientras que el otro fluido lo hace en el espacio anular entre los dos tubos, como se muestra en la Ilustración 1.

Todavía cabe señalar que (Çengel, 2004) menciona que cuando uno de los fluidos está más caliente que el otro, su calor fluye a través de la pared del tubo interno, y dicho calor se dirigirá hacia el otro fluido, obteniendo que el fluido a mayor temperatura se enfríe, y que el fluido a menor temperatura se caliente.

Aunado a esto (Doran, 2013) explica que estos intercambiadores pueden ser operados en contra flujo (los fluidos a temperatura diferentes entran en los extremos opuestos y por ello fluyen en direcciones opuestas) o en un flujo paralelo (ambos fluidos entran en el mismo extremo), ambos diagramas se muestran en las ilustraciones  2 y 3 respectivamente, cabe destacar que los cambios de temperatura de los dos fluidos a medida que fluyen a contracorriente y en paralelo se muestran en las ilustraciones 4  y 5 respectivamente, a dichos diagramas se les conoce como perfiles de temperatura. [pic 10][pic 11][pic 12][pic 13]

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Intercambiador de tubos y coraza

Con respecto a este tipo de intercambiador de calor (Geankoplis, 1998) expresa que este es el tipo de más importancia dentro de las distintas industrias de proceso, ya que permiten manejar flujo más grandes que los intercambiadores de doble tubo. [pic 20]

Aunado a  esto, (Doran, 2013) afirma que este tipo de intercambiador se pueden utilizar para calentar y enfriar todo tipo de fluidos. Además, estos tienen la ventaja de contener áreas de superficie grandes en un volumen relativamente pequeño. Asimismo (Çengel, 2004) declara que estos intercambiadores contienen un gran número de tubos, los cuales se encuentran empacados en un casco con sus ejes paralelos al de éste. Todavía cabe señalar que la transferencia de calor tiene lugar a medida que uno de los fluidos se mueve por dentro de los tubos, en tanto el otro se mueve por fuera de estos, su diagrama se puede ver más a detalle en la ilustración 6, mientras que en la ilustración 7 la estructura interna de la lámina de tubo del intercambiador.[pic 21][pic 22][pic 23][pic 24]

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