Intercambiadores de Calor: Tipos, Fluidos y Limpieza

Energía Térmica

La energía térmica es la energía cinética media de un conjunto muy grande de átomos o moléculas.

Calor y Equilibrio

Cuando dos cuerpos a distintas temperaturas se ponen en contacto, terminan igualando sus temperaturas. Entonces se dice que se ha alcanzado el equilibrio térmico. Cuando dos cuerpos en desequilibrio térmico entran en contacto, el de mayor temperatura transfiere energía térmica al de menor temperatura hasta conseguir el equilibrio térmico.

1 cal = 4,184 J o 1 J = 0,24 cal.

Calor Sensible

Es el calor que produce una elevación de la temperatura de un cuerpo sin que cambie de estado.

Q = m.c_e.Δt

Calor Latente

Es el calor necesario para producir un cambio de estado.

Calor Específico

Es el calor necesario para que un gramo de sustancia determinada eleve su temperatura un grado.

Mecanismos de Transferencia de Calor

Conducción

Es un mecanismo de transporte de energía sin transporte de materia.

Convección

En fluidos, las partículas calientes desplazan a las frías.

Radiación

La radiación es el conjunto de ondas electromagnéticas que emite un cuerpo.

Intercambiadores de Calor

Son equipos con los que se produce un intercambio de calor entre dos fluidos.

Recuperadores o Intercambiadores de Tipo Cerrado

Los fluidos de tipo caliente y frío están separados por una pared. El calor se transmite mediante una combinación de convección hacia la pared y por conducción a través de ella.

Regeneradores

Los regeneradores son intercambiadores en los que un fluido caliente fluye a través de un espacio seguido de uno frío de forma alternada, con tan poca mezcla física como sea posible entre las dos corrientes. La pared separadora se llama matriz y funciona como un almacén de calor que es calentado periódicamente. Puede ser de matriz fija o de matriz rotativa.

Mezcladores o de Contacto Directo

Los fluidos de caliente y frío se ponen en contacto de forma directa.

De Llama Directa

En estos intercambiadores hay un único fluido en contacto con una llama a través de una superficie, por ejemplo, calderas industriales.

Aspectos para un Buen Funcionamiento de un Intercambiador

• Que los fluidos no obstruyan los tubos.
• Que las pérdidas de calor cuando el fluido pase por los tubos sean mínimas.
• En contracorriente se intercambia más calor que en paralelo.
• Cuando se utiliza vapor como fluido caliente, el condensado que se forme pueda vaciarse fácil y rápidamente.
• Los materiales de construcción de los intercambiadores no deben reaccionar con los fluidos.

Fluidos para Transferir Calor

• Calor específico
• Calor latente
• Conductividad térmica
• Punto de fusión
• Punto de ebullición
• Estabilidad térmica
• Otros aspectos térmicos

Fluidos Termales Más Utilizados en la Industria

• Agua (0 y 100 °C)
• Vapor (250 y 300 °C)
• Aceites minerales (400 °C)
• Sales minerales (entre 350 y 550 °C)
• Metales fundidos (700 °C)

Agua

Ventajas:

• No es tóxica
• No es inflamable
• De fácil obtención
• Térmicamente estable

Desventajas:

• Necesita ser tratada antes de su uso por los tubos del intercambiador.

Vapor

Ventajas:

• No es tóxico
• No es inflamable
• De fácil obtención
• Químicamente y térmicamente estable

Desventajas:

• Necesita un equipo completo para su obtención.

Aceites Minerales

Ventajas:

• Se pueden usar hasta 300 °C
• No provocan problemas de corrosión
• Son baratos

Desventajas:

• Las sustancias resultantes podrían tener bajos puntos de inflamación.

Líquidos Orgánicos

Ventajas:

• Sus valores de calor específico son mayores a los de los aceites
• Tienen bajas temperaturas de inflamación

Desventajas:

• Son caros

Sales Minerales

Ventajas:

• No son tóxicas

Desventajas:

• No se pueden utilizar por debajo de 150 °C ya que se podrían solidificar.

Metales Fundidos

Ventajas:

• Son mejores conductores de calor

Desventajas:

• Se necesitan bombas especiales para su bombeo.

Limpieza de los Intercambiadores de Calor

Obstrucciones o Suciedades

Algunos fluidos forman tapones u obstrucciones que son fáciles de quitar.

Métodos de Limpieza

• Chorros de agua a alta presión
• Utilización de disolventes
• Utilización de procedimientos mecánicos como cepillos

Recuperadores

• Intercambiadores de doble tubo
• Intercambiadores de carcasa y tubos
• Intercambiadores de calor compactos
• Calor a placas