Qué es el tipo de intercambiadores de calor – Clasificación de los intercambiadores de calor – Definición

Intercambiadores de calor

Los intercambiadores de calor son dispositivos que se utilizan para transferir energía térmica de un fluido a otro sin mezclar los dos fluidos. Los fluidos suelen estar separados por una pared sólida (con alta conductividad térmica ) para evitar que se mezclen o pueden estar en contacto directo.

El ejemplo clásico de un intercambiador de calor se encuentra en un motor de combustión interna en el que el refrigerante del motor fluye a través de las bobinas del radiador y el aire pasa por las bobinas, lo que enfría el refrigerante y calienta el aire entrante. En la ingeniería energética, las aplicaciones comunes de los intercambiadores de calor incluyen generadores de vapor , enfriadores de ventilador, intercambiadores de calor de agua de refrigeración y condensadores . Por ejemplo, el generador de vapor se utiliza para convertir el agua de alimentación en vapor a partir del calor producido en el núcleo de un reactor nuclear . El vapor producido impulsa la turbina.

La transferencia de calor en un intercambiador de calor generalmente implica convección en cada fluido y conducción térmica a través de la pared que separa los dos fluidos. En el análisis de los intercambiadores de calor, a menudo es conveniente trabajar con un coeficiente de transferencia de calor en general , conocido como un factor U . El factor U se define mediante una expresión análoga a la ley de enfriamiento de Newton .

Además, los ingenieros también utilizan la diferencia de temperatura media logarítmica ( LMTD ) para determinar la fuerza impulsora de la temperatura para la transferencia de calor en los intercambiadores de calor.

Referencia especial: John R. Thome, Libro de datos de ingeniería III. Wolverine Tube Inc. 2004. [/Lgc_column]

Tipos de intercambiadores de calor: clasificación de intercambiadores de calor

Los intercambiadores de calor se clasifican típicamente según la disposición del flujo y el tipo de construcción. El intercambiador de calor más simple es aquel en el que los fluidos fríos y calientes se mueven en la misma dirección o en direcciones opuestas. Este intercambiador de calor consta de dos tubos concéntricos de diferentes diámetros.

• Disposición de flujo paralelo . En la disposición de flujo paralelo, los fluidos fríos y calientes entran por el mismo extremo, fluyen en la misma dirección y salen por el mismo extremo.
• Disposición de contraflujo . En la disposición de contraflujo, los fluidos entran por extremos opuestos, fluyen en direcciones opuestas y salen por extremos opuestos.

La figura representa las direcciones del flujo de fluido en los intercambiadores de contraflujo y paralelo. En condiciones comparables, se transfiere más calor en una disposición de contraflujo que en un intercambiador de calor de flujo paralelo. Los perfiles de temperatura de los dos intercambiadores de calor indican dos desventajas principales en el diseño de flujo paralelo.

• La gran diferencia de temperatura en los extremos provoca grandes tensiones térmicas.
• La temperatura del fluido frío que sale del intercambiador de calor nunca excede la temperatura más baja del fluido caliente.

El diseño de un intercambiador de calor de flujo paralelo es ventajoso cuando es necesario llevar dos fluidos a casi la misma temperatura. [/Lgc_column]

• Intercambiadores de calor de doble tubo. Los intercambiadores de calor de doble tubo son económicos tanto para el diseño como para el mantenimiento, lo que los convierte en una buena opción para las pequeñas industrias. En estos intercambiadores, un fluido fluye dentro del tubo y el otro fluido fluye hacia el exterior. Aunque son simples y baratos, su baja eficiencia, junto con el gran espacio ocupado en grandes escalas, ha llevado a las industrias modernas a utilizar intercambiadores de calor más eficientes como los de carcasa y tubos.
• Intercambiadores de calor de carcasa y tubos.Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos en sus diversas modificaciones de construcción son probablemente la configuración de intercambiador de calor básico más extendida y comúnmente utilizada en la industria. Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos se clasifican además según el número de pasadas de carcasa y tubos involucrados. Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos se utilizan normalmente para aplicaciones de alta presión (con presiones superiores a 30 bar y temperaturas superiores a 260 ° C). Esto se debe a que los intercambiadores de calor de carcasa y tubos pueden soportar altas presiones debido a su forma. En este tipo de intercambiador de calor, se colocan varios tubos de pequeño calibre entre dos placas de tubos y el fluido primario fluye a través de estos tubos. El haz de tubos se coloca dentro de una carcasa y el fluido secundario fluye a través de la carcasa y sobre la superficie de los tubos. En ingeniería nuclear,alimenta el agua al vapor a partir del calor producido en el núcleo de un reactor nuclear . Para aumentar la cantidad de calor transferido y la potencia generada, se debe maximizar la superficie de intercambio de calor . Esto se obtiene mediante el uso de tubos . Cada generador de vapor puede contener entre 3.000 y 16.000 tubos, cada uno de unos 19 mm de diámetro.
• Intercambiadores de calor de placas. Un intercambiador de calor de placas es un tipo de intercambiador de calor que utiliza placas de metal para transferir calor entre dos fluidos. Esta disposición es popular entre los intercambiadores de calor que utilizan aire o gas, así como un flujo de fluido de menor velocidad. El ejemplo clásico de un intercambiador de calor se encuentra en un motor de combustión interna en el que el refrigerante del motor fluye a través de las bobinas del radiador y el aire pasa por las bobinas, lo que enfría el refrigerante y calienta el aire entrante. En comparación con los intercambiadores de carcasa y tubos, la disposición de placas apiladas generalmente tiene un volumen y un costo más bajos. Otra diferencia entre los dos es que los intercambiadores de placas normalmente sirven fluidos de presión baja a media, en comparación con presiones medias y altas de carcasa y tubo.