INTERCAMBIADORES DE CALOR
¿Qué es un intercambiador de calor?
Un intercambiador de calor es un equipo que transfiere continuamente calor de un medio a otro. Hay dos tipos principales de intercambiadores de calor: directos e indirectos.
- Intercambiador de calor directo: donde ambos medios están en contacto directo entre sí. Se da por sentado que los medios no se mezclan. Un ejemplo de este tipo de intercambiador de calor es una torre de enfriamiento, donde el agua se enfría a través del contacto directo con el aire.
- Intercambiador de calor indirecto: donde ambos medios están separados por una pared a través de la cual se transfiere el calor.
ESQUEMA DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR
COMPONENTES DE UN INTERCAMBIADOR BASICO
Los componente basicos de un intercambiador de calor tubular son:
Haz tubular: El haz tubular es el conjunto de tubos que proporcionan la superficie de trasferencia de calor entre el fluido que circula por su interior y el fluido que circula por la carcasa. En este conjunto de tubos es donde se encuentra el producto a calentar.
Placa tubular: La placa tubular es una placa de metal que ha sido perforada o taladrada, donde se alojan los tubos que forman el intercambiador de calor tubular, los cuales se fijan mediante expansión o soldadura. En el caso de que se requiera una protección extra de las fugas puede utilizarse una doble placa tubular.
Deflectores: El principal objetivo de los deflectores es controlar la dirección general del flujo del lado de la carcasa.
Carcasa y conexiones: La carcasa es la envolvente del segundo fluido o fluido secundario. La carcasa generalmente es de sección circular y está hecha de una placa de acero conformado en forma cilíndrica y soldado longitudinalmente. La carcasa dispone de conexiones para la entrada y salida del fluido secundario.
Cabezales desmontables: Los cabezales desmontables son elementos conectados a las placas tubulares por ambos extremos del intercambiador de calor cuya misión es la de facilitar la circulación del producto por el haz tubular.
Su principio de funcionamiento
Para operar, el intercambiador de calor tiene redes paralelas a través de las cuales fluyen los fluidos a diferentes temperaturas. Estos están separados por una pared con capacidades conductoras óptimas. Es la diferencia de temperatura entre los dos fluidos lo que permite el intercambio de calor. De hecho, los más calientes irán naturalmente a los más fríos, calentándose de inmediato y perdiendo calorías. Por lo tanto, cuando entra caliente al intercambiador de calor, el fluido primario calentará el fluido secundario que está frío. Luego se deja enfriado, mientras que el segundo fluido se calienta.
.png)
CONTROL DE EQUIPO
El sistema de control del intercambiador de calor busca minimizar el error de la variable de proceso, en función del tiempo transcurrido, después de haberse producido una alteración en el sistema (Cambio de la temperatura de entrada del producto, cambio del flujo del producto). La magnitud del error y el tiempo durante el cual existe, contribuyen a la definición de control óptimo.
Según su diseño, la naturaleza del producto y el espacio disponible la instalación de destino, el intercambiador de calor tubular puede agruparse en 3 grupos principales:
Intercambiador de calor de espacio anular.
Intercambiador de calor multitubular.
El intercambiador de calor de tubo en tubo
(también conocido como intercambiador de calor de doble tubo) está formado por dos tubos concéntricos de diferente diámetro, donde el producto circula por el tubo interior y el servicio lo hace por el espacio que existe entre ambos tubos.
intercambiador de calor de espacio anular está formado por tres o cuatro tubos concéntricos. El producto fluye por el espacio anular central mientras que el servicio lo hace por los canales exterior e interior.
intercambiador de calor de espacio anular está formado por tres o cuatro tubos concéntricos. El producto fluye por el espacio anular central mientras que el servicio lo hace por los canales exterior e interior.
Un intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para transferir calor entre dos fluidos, o entre la superficie de un sólido y un fluido en movimiento, esta transferencia de calor puede ser por conducción o convección.
Estos son elementos fundamentales a nivel de instalaciones térmicas industriales, las aplicaciones de los intercambiadores son ilimitadas, ya que forman parte de cualquier proceso en el que se quiera transferir calor. Entre las aplicaciones se tiene elevar la temperatura de un fluido, utilizando uno de más temperatura, refrigerar un fluido usando otro a menor temperatura, condensar gases, evaporar líquidos. Algunas de las industrias donde se utilizan los IC son:
- Industria alimenticia (pasteurización, evaporación)
- Textil, para la recuperación y ahorro de energía, entre otras
- Petróleo y Gas
Ahora bien, es importante el estudio de la transferencia de calor aplicada en este tipo de equipos para hacer más eficiente los procesos es por esto que a continuación se clasificarán los intercambiadores según varios principios:
- Basado en el principio de operación:
- Recuperativo
- Regenerativo
- Contacto directo
En los intercambiadores de calor de tipo recuperativo, el fluido frío y caliente fluye a través de la unidad sin mezclarse entre sí. La transferencia de calor se produce a través de la pared metálica. Ejemplos de intercambiadores de calor recuperativos son calderas, calentadores, enfriadores, vaporizadores, condensadores, etc.
El tipo regenerativo de intercambiadores de calor de la misma superficie de calentamiento está expuesto alternativamente a fluidos calientes y fríos.
El calor asociado con el fluido caliente es almacenado o absorbido por los sólidos. El suministro de fluido caliente se corta y el fluido frío se pasa sobre los sólidos para regenerar el calor. Ejemplo de este tipo de intercambiadores de calor son los regeneradores de hornos de hogar abierto, hornos de fusión de vidrio, etc.
Las unidades recuperativas y regenerativas también se pueden llamar como condensadores de superficie,
En el tipo de contacto directo de los intercambiadores de calor, los fluidos calientes y fríos están en contacto directo y se mezclan durante el proceso de transferencia de calor. La transferencia de masa también ocurre simultáneamente. Ejemplos de intercambiadores de calor de tipo de contacto directo son columnas de pulverización, torres de enfriamiento, depuradores, etc.
2. Según el patrón de flujo, los intercambiadores de calor pueden ser:
- De flujo paralelo
- Contracorriente
- De flujo cruzado
En la disposición de flujo en paralelo, el fluido caliente y frío fluye en la misma dirección.
.jpg)
En la disposición de flujo de contracorriente, el fluido caliente y frío se mueve en direcciones opuestas.
.jpg)
En la disposición de flujo cruzado, los fluidos calientes y fríos se mueven en ángulo recto entre sí.
3. Basado en la función de los intercambiadores de calor.
.jpg)
- Enfriador
- Calentador
- Evaporador
- Enfriador
- Condensación parcial
- Vaporizador
- Recalentador
- Condensador
- Generador de vapor
- Caldera de calor residual
4. Según el tipo de construcción
- De carcasa y tubo
- De bayoneta
- Doble tubo
- Refrigerado por aire
- De espiral
- De placa
Para concluir, los intercambiadores de calor son equipos básicos para el funcionamiento de cualquier instalación energética, pero también un sistema clave para mejorar la eficiencia energética y disminuir el consumo de energía, es por esto la importancia de su estudio y aplicación a nivel industrial.
APLICACION EN LAS INDUSTRIAS
Los intercambiadores de calor son usados en una infinidad de industrias que a diario vemos.
A nivel industrial, los intercambiadores de calor suelen ser utilizados por dos motivos: o bien en los propios procesos industriales o bien en casos donde se requiere que todo se mantenga especialmente limpio y sanitizado.
Uno de los principales usos de los intercambiadores de calor en las industrias es el de refrigeración, presente en todo tipo de sectores, como, por ejemplo, el alimentario, metalúrgico, etc.
En los sistemas de refrigeración, los intercambiadores de calor realizan su papel enfriando o calentado los fluidos en todos aquellos procesos en los que sea necesario. Entre los fluidos más utilizados se encuentran gases, refrigerantes, agua o amoniaco.
La importancia de los intercambiadores radica en que optimiza el proceso de refrigeración y lo hace más eficiente
Industria alimentaria
Los intercambiadores de calor juegan un papel clave en las industrias de alimentos. Es uno de los casos en los que se requieren estos equipos para mantener los procesos sanitizados. Además de para cambiar el estado de los fluidos calentando o enfriando la temperatura, en este tipo de industria, los intercambiadores son utilizados, entre otras cosas, para:
- Calentar el agua para esterilizar alimentos o elevar la temperatura de éstos para descontaminarlos, es decir, llevar a cabo un proceso de pasteurización.
- Conservar alimentos gracias a los procesos de congelación rápida.
APLICACION DE INTERCAMBIADORES DE CALOR EN LA INDUSTRIA FARMACEUTICA
El agua se utiliza ampliamente en la industria farmaceutica, es un ingrediente esencial de la produccion medica , por lo que la producción esta sujeta a estrictas normas de higiene , el metodo mas comun para obtener agua para la inyeccion es atravez de la destilacion termica multiple en un generador, el agua destilada generada se transfiere luego al sistema de almacenamiento y distribucion en el sistema de almacenamiento y distribucion de agua fria, para instalar intercambiadores de calor de linea,el primero esta diseñado para mantener la temperatura del agua baja y la segunda la calienta periodicamente el agua para esterelizar el sistema, otro metodo de almacenamiento y distribucion es mantener el agua a una temperatura alta constante, la tarea del intercambiador de calor es mantener la temperatura usando vapor o agua caliente como medio de trabajo para usar.en el proceso de produccion, debe enfriarse a una temperatura determinada, este sistema se lleva a cabo en sistema de punto de vista que utilizan un intercambiador de calor , el agua especialmente purificada y almacenada se usa en la produccion de medicamentos , vaccunas y otros productos medicos
Aplicacion del intercambiador de calor en la industria metalurgica
La insdustria de la metalurgica requiere procesos cada vez mas complejos y trabaja con presiones de fluidos que necesitan la mejor tecnologia en intercambio de calor
Un sistema de refrigeración industrial aplicado en este sector, debe estar conformado por equipos específicos para la eficiencia energética y ahorro de agua. De igual manera, el sistema debe contar con una optimización y precisión de sus procesos que impliquen el adecuado manejo de la temperatura.
Como en todas las industrias, los fluidos utilitarios para calentamiento o enfriamiento de materiales requieren de un proceso térmico específico donde deben alcanzar o reducir temperaturas adecuadas para su fin. Es por ello que el Intercambiador de Calor de Placas ocupa un lugar preponderante para el uso de estos fluidos.
Aplicacion de intercambiadores de calores en las industrias
Debido a la amplia variedad de procesos en la industria química y petroquímica, el conocimiento de materiales exóticos para el diseño de intercambiadores de calor es primordial. La presencia de fluidos corrosivos asociados con altos factores de suciedad no solo requiere una selección exhaustiva y rigurosa de los materiales, sino también un diseño personalizado de intercambiadores de calor.
Los intercambiadores de calor de Thermofin se utilizaron en múltiples procesos tanto para la industria petroquímica como para aplicaciones industriales :
- Calentador de petróleo crudo
- Calentador de agua de alimentación de caldera
- Calentador de gas agrio
- Calentador de licor negro
- Calentador de gas de síntesis
- Calentador de gas efluente y calentador de gas de alimentación.
- Calentador de aceite térmico
Industria energética. Los intercambiadores de calor son equipos básicos para el funcionamiento de cualquier instalación energética, pero también un sistema clave para mejorar la eficiencia energética y disminuir el consumo de energía.
La industria de petróleo y gas. Los intercambiadores de calor que intervienen en las diferentes etapas de transformación del petróleo y del gas natural, están sujetos a exigencias medioambientales muy estrictas y a niveles de presión elevados.
Agroindustria. Es la que se encarga de los productos alimenticios, pero también en la transformación del etanol, etc. Los intercambiadores de calor son utilizados en varias facetas por los que pasan en su elaboración.
Industria pesada. Llamamos industria pesada a la industria minera, metalúrgica, siderurgia, la industria del papel. Los intercambiadores de calor en las diferentes industrias son muy utilizados.
CONCLUCIONES:
Los intercambiadores de calor son intercambiadores de la función de energia de un lugar a otro o de un fluido a otro , los intercambiadores de calor que se encuentran en las industria tiene una gran variedad de forma en funciones lo cual lo hace importante, para esto ,es importante algunos de estos equipos como evaporadores, calderas , enfriadores y pasteurizadores, es importante cada uno de estos intercambiadores de calor ya que estos equipos los ingenieros y operadores deben hacer distintas tareas a lo largo de las diferentes etapas de proceso de producción, la mayoría de estos equipos pueden ser utilizados para producir vapor o para calentamiento de agua y a la vez estos productos resulta que puede ser utilizado para operación de esterelizacion , conservación y purificación.
En lo intercambiadores se maneja temperaturas altas y bajas que se le da a diferente equipos con el fin de obtener beneficios a partir de las funciones que se asignan en la transferencia de energía por la diferencia de temperatura Podemos concluir que un intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para transferir calor de un fluido a otro, sea que estos estén separados por una barrera o que se encuentren en contacto. Son parte esencial de los dispositivos de refrigeración, acondicionamiento de aire, producción de energía y procesamiento químico. Un intercambiador típico es el radiador del motor de un automóvil, en el que el fluido refrigerante, calentado por la acción del motor, se refrigera por la corriente de aire que fluye sobre él y, a su vez, reduce la temperatura del motor volviendo a circular en el interior del mismo.
BIBLIOGRAFIA
https://www.sacome.com/intercambiador-tubular-usos-ventajas-aplicaciones/
https://mastersi.com.pe/blog/93-clasificacion-de-intercambiadores-de-calor
https://blog.froztec.com/aplicaciones-del-intercambiador-de-calor-en-la-industria-metalurgica
VIDEO DE EXPOSICION
No hay comentarios:
Publicar un comentario