Intercambiadores De Calor

INTRODUCCIÓN

1.1. Tipos de intercambiadores de calor

Los intercambiadores de calor se clasifican de la manera siguiente:

- Contacto indirecto o recuperadores:

- Tubos concéntricos o doble tubo

- Coraza y tubos

- Evaporadores

- Placas

- Compacto

- Regeneradores

- Contacto directo:

- Torres de enfriamiento

TUBOS CONCÉNTRICOS O DOBLE TUBO

A continuación se indica el funcionamiento de un intercambiador de calor de tubos concéntricos o doble tubo:

Los intercambiadores de calor de tubos concéntricos o doble tubo son los más sencillos que existen. Estan constituidos por dos tubos concéntricos de diámetros diferentes. Uno de los fluidos fluye por el interior del tubo de menor diámetro y el otro fluido fluye por el espacio anular entre los dos tubos.

Hay dos posibles configuraciones en cuanto a la dirección de los fluidos: a contracorriente y en paralelo. A contracorriente los dos fluidos entran por los extremos opuestos y fluyen en sentidos opuestos; en cambio en paralelo entran por el mismo extremo y fluyen en el mismo sentido. A continuación se pueden ver dos imágenes con las dos posibles configuraciones de los fluidos dentro de los tubos.

Los intercambiadores de calor de tubos concéntricos o doble tubo pueden ser lisos o aleteados. Se utilizan tubos aleteados cuando el coeficiente de transferencia de calor de uno de los fluidos es mucho menor que el otro. Como resultado el área exterior se amplia, siendo ésta más grande que el área interior.

El tubo con aletas transversales representado a continuación, se utiliza cuando la dirección del fluido es perpendicular al tubo.

En cambio, cuando la dirección del flujo de los fluidos es paralela al eje de los tubos, el tubo es con aletas longitudinales:

Una aplicación de un intercambiador de doble tubo es el que se utiliza para enfriar o calentar una solución de un tanque encamisado y con serpentín (Si se aprieta al botón 1 de la imagen se puede ver en movimiento):

CORAZA Y TUBOS

A continuación se indica el funcionamiento de un intercambiador de calor de coraza y tubos.

El intercambiador de calor de coraza y tubos es el más utilizado en la industria. Está formado por una coraza y por multitud de tubos. Se clasifican por el número de veces que pasa el fluido por la coraza y por el número de veces que pasa el fluido por los tubos.

En los intercambiadores de calor de paso múltiple se utiliza un número par de pasos en el lado del tubo y un paso o más por el lado de la coraza.

Así por ejemplo el primer intercambiador que hay representado es 1-2, es decir, que el fluido circula una vez por la coraza y el que se encuentra en el interior de los tubos pasa dos veces. En la segunda imagen hay un intercambiador de calor de coraza y tubos 1-4, por donde circula el fluido caliente 4 veces por dentro de los tubos y el fluido frío 1 vez por la coraza. En la tercera imagen se ve un condensador, donde el vapor entra por la parte de la coraza y sale por la parte inferior en forma de líquido. El líquido frío, que normalmente es agua, entra por la parte inferior, por dentro de los tubos, y sale por la parte superior. A veces no condensa todo el vapor y se ha de realizar una purga de aire. Por último vemos el tambor de una columna de destilación, donde se produce la evaporación de una parte del disolvente procedente de la columna de destilación que se encuentra en forma líquida. Esta evaporación es gracias al vapor de agua que circula por dentro de los tubos, que cede el calor de condensación al líquido. El líquido se evapora y el vapor de agua se condensa. El producto sale por la parte inferior del tambor. Siempre queda una mezcla de líquido y vapor de agua que es devuelto a la columna de destilación para poder separar sus componentes. El último es un evaporador, los evaporadores están explicados en el apartado de evaporadores.

Los tubos que van por dentro de la coraza son colocados mediante una placa deflectora perforada, representada a continuación:

Estas placas deflectoras están puestas para generar un flujo cruzado y inducir una mezcla turbulenta en el fluido que va por la coraza, la cual cosa mejora el intercambio por convección.

Los tubos pueden presentar diferentes distribuciones:

- Ajuste cuadrado. Esta configuración permite una mejor limpieza de los tubos. También hace que haya una menor caída de presión en el lado de la coraza.

- Ajuste cuadrado girado. Las ventajas de esta distribución es la misma que el anterior.

- Ajuste triangular. Se consigue una mayor superficie de transferencia de calor que con el ajuste cuadrado no se consigue. Si la distancia de centro a centro de los tubos es muy pequeña, no se puede limpiar.

EVAPORADORES

Un evaporador es un intercambiador de calor de coraza y tubos. Las partes esenciales de un evaporador son la cámara de calefacción y la cámara de evaporación. El haz de tubos corresponde a una cámara y la coraza corresponde a la otra cámara. La coraza es un cuerpo cilíndrico en cuyo interior está el haz de tubos.

Las dos cámaras están separadas por la superficie sólida de los tubos, a través de la cual tiene lugar el intercambio de calor. La forma y la disposición de estas cámaras, diseñadas para que la eficacia sea máxima, da lugar a distintos tipos de evaporadores.

Podemos clasificar los evaporadores en dos grandes grupos:

- Evaporadores de tubos horizontales. El vapor calefactor es vapor de agua saturado que cede su calor de condensación y sale

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