Intercambiadores de calor: clasificación, funcionamiento y fluidos térmicos

UT1: 2 que es un intercambiador de calor:

Es el equipo con el cual se produce un intercambio de calor entre dos fluidos.

Cómo se clasifican los intercambiadores de calor:

Recuperadores o tipo cerrada: los fluidos calientes y fríos están separados por una pared y el calor se transmite mediante una combinación de convección hacia la pared y desde la pared, y de conducción a través de ella.

Regeneradores: son intercambiadores en los que un fluido caliente fluye a través de un espacio seguido de uno frío en forma alternada con poca mezcla física entre las dos corrientes.

Matriz fija y matriz rotativa: la matriz gira y expone de forma alterna una parte de la superficie al fluido caliente y frío.

Mezcladores de contacto: los fluidos calientes y fríos se ponen en contacto de manera directa, hay transferencia de calor y masa, por ejemplo, una torre de refrigeración.

Llama directa: en estos intercambiadores hay un único fluido en contacto con una llama a través de una superficie, por ejemplo, una caldera industrial.

Aspectos de un buen funcionamiento de un intercambiador:

• Los fluidos que obstruyan solo se usarán cuando los tubos se puedan limpiar fácilmente.
• Las pérdidas de calor cuando el fluido pase por los tubos deben ser mínimas.
• En contracorriente se intercambia más calor que en paralelo.
• Cuando se utiliza vapor como fluido caliente, se debe disponer de lo necesario para que el calor condensado que se forme pueda vaciarse fácil y rápidamente.
• Los materiales de construcción de los intercambiadores no deben reaccionar con los fluidos.

Factores para transferir calor latente:

• Calor: es importante cuando hay un cambio de fase, representa la cantidad de calor cedido cuando un fluido termal gaseoso se condensa a líquido.
• Calor específico: su valor debe ser alto, ya que representa la cantidad de calor que puede tomar o ceder un fluido durante la transferencia de calor.
• Conductividad térmica: el calor transferido por la circulación de los fluidos dentro de los intercambiadores se debe a la convección forzada.
• Punto de fusión: debe ser mucho menor que la temperatura mínima de trabajo del equipo, sino se podría dar la solidificación del líquido dentro del equipo.
• Punto de ebullición: tienen que ser mucho mayores que los esperados a la temperatura máxima de trabajo del equipo, sino se podrían dar problemas relacionados con la seguridad por vaporización repentina del equipo.
• Estabilidad térmica: algunos líquidos tienden a descomponerse o deteriorarse químicamente cuando se hierven o calientan de forma continua durante largos periodos de tiempo.

Fluidos térmicos más utilizados:

• Agua: entre 0 y 100 ºC. Ventajas: no tóxica, no inflamable, fácil obtención, químicamente y térmicamente estables. Desventajas: necesita ser tratada.
• Vapor: aceites minerales entre 250 y 300 ºC. Se pueden usar hasta 300 ºC. No provoca problemas de corrosión. Son baratos. Desventajas: mayores caudales de circulación, cuidado con su circulación.
• Líquidos orgánicos por encima de 400 ºC. Metales fundidos a 700 ºC. Ventajas: pueden utilizarse hasta 400 ºC, mayores que los aceites, químicamente y térmicamente estables, no presentan corrosión.