Intercambadores De Caor

INTERCAMBIADOR DE CALOR DE PLACAS

Objetivos

General

- Entender el funcionamiento de un intercambiador de calor de placas y conocer sus aplicaciones, ventajas y desventajas.

Específicos

- Hacer el balance de energía del intercambiador e identificar las pérdidas de calor en el sistema.

- Emplear las diferentes ecuaciones para intercambiadores de calor en el cálculo de cada una de las variables que los definen como el DTML y el coeficiente de transferencia de calor.

Marco Teórico

-Definición del equipo

El término intercambiador es un nombre genérico para una serie de equipos utilizados para realizar procesos de transferencia de energía en forma de calor, generalmente entre dos sustancia que fluyen confinadas y de manera separada, con el fin de acondicionar corrientes de proceso o recuperar calores de chimenea. En dicho intercambio energético una de las corrientes cede calor y se enfría (la de mayor temperatura) mientras la otra gana calor y se calienta (la de menor temperatura), para lo cual tiene que existir un desequilibrio energético manifestado en una diferencia de temperaturas.

Específicamente, en esta práctica se analizará un intercambiador de calor de tipo plato o de placas que está formado por un conjunto de placas (como se muestra en la figura 1) de metal corrugadas (acero inoxidable, titanio, etc.) contenidas en un bastidor [1, pág. 4]. El sellado de las placas se realiza mediante juntas o también pueden estar soldadas. Las placas separan a los dos fluidos caliente y frío, Los líquidos calientes y fríos se alternan entre cada una de las placas y los bafles dirigen el flujo del líquido entre las placas.

FIGURA 1. Intercambiador de calor de placas.

-Aplicaciones

El tipo de intercambiadores de placas no se utiliza extensamente debido a la inhabilidad de sellar confiablemente las juntas entre cada una de las placas. Debido a este problema, el tipo intercambiador de placa se ha utilizado solamente para aplicaciones donde la presión es pequeña o no muy alta, por ejemplo en los refrigeradores de aceite para máquinas. Actualmente se cuentan importantes avances que han mejorado el diseño de las juntas y sellos, así como el diseño total del intercambiador de placa, lo que ha permitido algunos usos a gran escala de este tipo de intercambiador de calor. Es más común que cuando se renuevan viejas instalaciones o se construyen nuevas, el intercambiador de placas substituya paulatinamente a los intercambiadores de carcaza y tubo. [2, pág. 4]

SECTOR INDUSTRIAL:

• Recuperación de calor

• Industrias químicas y farmacéuticas

• Aceites térmicos

• Industria del automóvil

SECTOR ENERGETICO:

• Plantas nucleares

• Subestaciones de calefacción

• Plantas de cogeneración

SECTOR ALIMENTARIO:

• Industrias lácteas

• Industrias alcoholeras

• Producción de zumos y bebidas

SECTOR NAVAL:

• Refrigeración del motor principal y auxiliar

• Refrigeración del aceite lubricante

• Recuperación de calor. [1, pág. 8]

-Ventajas

Puesto que cada una de las placas tiene un área superficial muy grande, las placas proveen un área extremadamente grande de transferencia térmica a cada uno de los líquidos, así que un intercambiador de placas es capaz de transferir mucho más calor con respecto a un intercambiador de carcaza y tubos con volumen semejante, debido a que las placas proporcionan una mayor área que la de los tubos. El intercambiador de calor de platos, debido a la alta eficacia en la transferencia de calor, es mucho más pequeño que el de carcaza y tubos para la misma capacidad de intercambio de calor [2, pág. 4]. Además este tipo de intercambiadores admiten una gran variedad de materiales para su construcción, tiene una elevada área de intercambio de calor en una disposición muy compacta.

Las características más importantes de este tipo de intercambiadores en resumen son:

• Altos coeficientes de transferencia de calor.

• Intercambio de calor con diferencias de temperatura mínimas.

• Espacio de ubicación reducido.

• Flexibilidad.

• Fácil acceso para su limpieza.

• Gran resistencia a la corrosión.

• Inversión moderada [1, pág. 2]

-Desventajas

El buen funcionamiento de este equipo está limitado a bajas presiones y a bajos flujos, también es limitado el tipo de fluido.

Debido al menor espesor de las placas y a errores de operación, en especial cuando se llenan las tuberías y el intercambiador estando estos vacíos, a menudo se producen roturas en las placas. Ese motivo hace que sea absolutamente necesaria una caída positiva de presión.

El cambio de juntas es una tarea relativamente trabajosa. [3, pág. 26]

Descripción del equipo

FIGURA 2. Fotografía del equipo

FIGURA 3. Diagrama de flujo del equipo

El equipo cuenta con un reservorio de agua (TANQUE) desde donde se impulsa el líquido de proceso hacia el equipo1, mediante una bomba centrífuga. Dicha bomba es controlada por un dispositivo electrónico, ubicado al lado izquierdo de la sala de cómputo, desde el cual se puede controlar todas las variables de funcionamiento de la bomba.

Inicialmente, el fluido de proceso se calienta en un intercambiador de tubos y coraza (equipo1), usando como fluido de servicio vapor. La presión del vapor que entra puede ser medida por un manómetro instalado en la tubería de entrada. Posteriormente el líquido de proceso pasa a un intercambiador de placas (equipo2), el cual es el equipo de interés, donde es enfriado, usando agua fría como líquido de servicio. El caudal de dicho fluido de servicio, a la entrada del intercambiador de placas, puede medirse mediante un rotámetro ubicado al lado izquierdo. También se pueden observar 2 termómetros analógicos ubicados a la entrada y a la salida del equipo 2, para medir las temperaturas del fluido de servicio.

Al salir del equipo 2, el líquido de proceso regresa al tanque tal como se muestra en la figura 3.

FIGURA 4. Dispositivo electrónico táctil

Adicionalmente se cuenta con otro dispositivo electrónico ubicado en el extremo izquierdo del sistema, el cual permite medir las temperaturas de los fluidos trabajados

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