Funcionamiento y Clasificación de los Intercambiadores de Calor

Introducción a los Intercambiadores de Calor

Los intercambiadores de calor son aparatos que facilitan el intercambio de calor entre dos fluidos. El tipo más simple de intercambiador de calor consta de dos tubos concéntricos de diámetros diferentes, llamado intercambiador de calor de tubo doble.

Configuraciones de Flujo Principal

• Flujo paralelo: Los dos fluidos, el frío y el caliente, entran en el intercambiador por el mismo extremo y se mueven en la misma dirección.
• Contraflujo: Los fluidos entran en el intercambiador por los extremos opuestos y fluyen en direcciones opuestas.

Intercambiadores de Calor Compactos

Otro tipo de intercambiador de calor, diseñado específicamente para lograr una gran área superficial de transferencia de calor por unidad de volumen, es el compacto. La razón entre el área superficial de transferencia de calor de un intercambiador y su volumen se llama densidad de área (β).

La gran área superficial en los intercambiadores compactos se obtiene sujetando placas delgadas o aletas corrugadas con poco espacio entre sí a las paredes que separan los dos fluidos. Los intercambiadores compactos son de uso común en la transferencia de calor de gas hacia gas y de gas hacia líquido (o líquido hacia gas).

Configuración de Flujo Cruzado

En los intercambiadores compactos, los dos fluidos suelen moverse de manera perpendicular entre sí y a esa configuración de flujo se le conoce como flujo cruzado. Este se clasifica generalmente como:

• Flujo no mezclado: Cuando el fluido se mantiene paralelo a los tubos.
• Flujo mezclado: Dado que el fluido ahora tiene libertad para moverse en la dirección transversal.

Intercambiadores de Tubos y Coraza

Los intercambiadores de tubos y coraza contienen un gran número de tubos. La transferencia de calor tiene lugar a medida que uno de los fluidos se mueve por dentro de los tubos, en tanto que el otro se mueve por fuera de estos, pasando por la coraza. Estos equipos incluyen cabezales, que se encuentran en ambos extremos del casco, en donde el fluido del lado de los tubos se acumula antes de entrar y salir de ellos.

Resistencia Térmica y Factor de Incrustación

El factor de incrustación (Rf) es una medida de la resistencia térmica introducida por la incrustación en las superficies de transferencia. Otra forma de incrustación, la cual es común en la industria de procesos químicos, es la corrosión y otra es la incrustación química.

Conceptos Fundamentales de Termodinámica

Los sistemas cerrados cuya velocidad y altura del centro de gravedad permanecen constantes durante un proceso se denominan sistemas estacionarios.

Mecanismos de Transferencia de Energía

• La conducción: Es la transferencia de energía de las partículas más energéticas de una sustancia a las adyacentes menos energéticas, como resultado de la interacción entre partículas.
• La convección: Es la transferencia de energía entre una superficie sólida y el fluido adyacente que se encuentra en movimiento.
• La radiación: Es la transferencia de energía debida a la emisión de ondas electromagnéticas (o fotones).

Propiedades Térmicas de la Materia

• Calor latente: Cantidad de energía absorbida o liberada durante el proceso de cambio de fase.
• Calor específico: Es la energía requerida para elevar en un grado la temperatura de la unidad de masa de una sustancia.