Intercambiador de calor
Son aquellos dispositivos que son diseñados para fomentar o permitir la transferencia de calor entre dos fluidos. Estos a su vez se clasifican en intercambiador de calor de contacto directo y de contacto indirecto.
Este dispositivo puede hacer diferentes funciones dependiendo de la que necesitemos como, calentador, enfriador, evaporador, condensador.
De contacto directo
Son aquellos dispositivos en los que los fluidos sufren una mezcla física completa.
De contacto indirecto
En este tipo de dispositivos las corrientes permanecen separadas y la transferencia de calor se realiza a través de una pared divisora, o desde el interior hacia el exterior de una pared de forma no continua.
Alternativos: ambos fluidos recorren un mismo espacio de forma alternada, la mezcla entre los fluidos es despreciable.
De superficie: son equipos en los que la transferencia de calor se realiza a través de una superficie, cilíndrica o plana, sin permitir el contacto directo.
Existen dos tipos de intercambiadores de contacto indirecto:
*Los cambiadores de flujo paralelo (intercambio líquido - líquido)
*Los cambiadores de flujo cruzado (intercambio líquido - gas)
Funcionamiento de los intercambiadores de calor.
El funcionamiento de los intercambiadores de calor se basa en la transferencia de energía en forma de calor de un medio a otro medio.
En un intercambiador de calor, el aire entrante y saliente son separados por una barrera sólida (es decir, una pared del conducto). Siempre que hay una diferencia de temperatura entre los dos flujos, el calor del aire caliente se transfiere a través de la barrera para el flujo de aire más frío de acuerdo con la segunda ley de la termodinámica. Esto se afirma que el calor se mueve de una región más caliente a una región fría.
Propiedades de entrada, salida y comparación.
En este dispositivo no es necesario que los fluidos pasen con una gran presión por esta razón la presión de entrada y salida de ambos fluidos es casi igual o para motivos académicos las tomaremos como igual. Por otro lado las Temperaturas de entrada de el fluido A es menor que la de salida, mientras que la del fluido B la Temperatura de salida es menor que la de entrada. Y comparando ambos fluidos las Temperaturas de salida de A y B son casi iguales ya que estas pueden lograr con su intercambio de temperatura algo parecido a un equilibrio térmico.
Entrada: líquido saturado, vapor saturado.
Salida: liquido saturado, vapor saturado.
Ecuación de continuidad.
En nuestra ecuación de continuidad podemos resolver o analizar un intercambiador de calor de tres formas diferentes. Tomando como ejemplo el intercambiador de calor de tubo y coraza en donde el tubo es el sistema A y la coraza el B, podemos analizar el sistema A enunciando que el flujo másico que entra es igual al que sale, lo mismo seria para el sistema B, pero si analizamos los dos juntos entonces sería la suma del flujo másico A mas el flujo másico B ambos de entrada y esto es igual al flujo másico de A y de B de salida.
Primera ley de la termodinámica.
Si analizamos el sistema A:
Si analizamos el sistema B
Si analizamos el sistema completo
Vídeos
En este vídeo se puede observar como se comportan los fluidos contenidos dentro del intercambiador de calor y su funcionamiento interno.
En este vídeo se puede observar como se ensambla un intercambiador de calor de tubos y coraza que es uno de los mas sencillos y prácticos.
Diseño, operación y mantenimiento
En todos los métodos siempre se parte del dato de la cantidad de calor a transferir o de la diferencia de temperatura deseada, así como la de las propiedades de los líquidos o gases que intervienen en el proceso.
El diseño de un intercambiador de calor depende de las condiciones que le demos para el trabajo necesario o para el objetivo que necesitemos, en base a esto se escoge el fluido que mas se adapte a la necesidad y cumpla con la función de enfriar o calentar. las longitudes de los tubos dependerán de que tan frío o caliente necesitemos que este el fluido. y por supuesto lo mas importante es que de los dos fluidos uno se encuentre a una temperatura menor que el otro para que este pueda absorber el calor del otro fluido.
En este link se explica con mayor detalle los procedimientos de funcionamiento y mantenimiento del intercambiador de calor. ademas de optimizar el sistema para obtener un mayor rendimiento.
El archivo contenido en el siguiente link presenta material, operacion y mantenimiento de piezas del intercambiador de calor (descargable).
Edilberto saludos.
ResponderBorrarNo es necesario desglosar los pasos para el diseño sobre todo si no se van aclarar cuales son los elementos, p.e. espejos, bridas, cabezales, etc.
Por favor describir brevemente en 2 o 3 lineas el sitio web referido, que es?, que tipo específica de información contiene disponible para visualizar, descargar, etc.
Con afecto.
Ing. Silvera