Tipos de intercambiadores de calor y su funcionamiento

Flujo paralelo: Los dos fluidos, frío y caliente, entran en el intercambiador por el mismo extremo y se mueven en la misma dirección.

Contra flujo: Los fluidos entran en el intercambiador por los extremos opuestos y fluyen en direcciones opuestas.

Flujo cruzado: Los dos fluidos se mueven de manera perpendicular entre sí. Se clasifica en fluido no mezclado o mezclado.

Tubo doble: Este intercambiador consta de dos tubos concéntricos de diámetros diferentes. Uno de los fluidos pasa por el tubo más pequeño, mientras que el otro lo hace por el espacio anular entre los dos tubos. Las posibles disposiciones del flujo son: flujo paralelo y contra flujo.

Compacto: Están diseñados específicamente para lograr un gran área superficial de transferencia de calor por unidad de volumen. La gran área superficial en los intercambiadores compactos se obtiene sujetando las placas delgadas o aletas corrugadas con poco espacio entre sí a las paredes que separan los dos fluidos. Son de uso común en la transferencia de calor de gas hacia gas y de gas hacia líquido. La disposición del flujo es cruzada.

Tubos y coraza: Es el más común en las aplicaciones industriales. Estos contienen un gran número de tubos empacados en un casco con sus ejes paralelos al de este. Es común la colocación de desviadores en la coraza para forzar al fluido a moverse en dirección transversal a dicha coraza con el fin de mejorar la transferencia de calor y también para mantener un espaciamiento uniforme entre los tubos. Se clasifican según el número de pasos que se realizan por la coraza y por los tubos.

Placas y armazón: Este intercambiador consta de una serie de placas con pasos corrugados y aplastados para el flujo. Los fluidos caliente y frío fluyen en pasos alternados, de este modo cada corriente de fluido frío queda rodeada por dos corrientes de fluido caliente, lo que da por resultado una transferencia de calor muy eficaz. Resultan muy apropiados para aplicaciones de intercambio de calor de líquido hacia líquido, siempre que las corrientes de los fluidos caliente y frío se encuentren más o menos a la misma presión.

La razón entre el área superficial de transferencia de calor de un intercambiador y su volumen se llama densidad de área b. Un intercambiador de calor con b > 700 m2 /m3 (o 200 ft2 /ft3) se clasifica como compacto.

Se dice que el flujo cruzado es no mezclado en virtud de que las aletas de placa fuerzan al fluido a moverse por un espaciamiento particular entre ellas e impiden su movimiento en la dirección transversal. Se dice que el flujo cruzado es mezclado, dado que el fluido tiene libertad para moverse en dirección transversal.

Su papel es mejorar la transferencia de calor, ya que fuerza al fluido a moverse en dirección transversal a la coraza. También es el de mantener un espaciamiento uniforme entre los tubos.

Regenerativo: Este intercambiador de calor se relaciona con el paso alternado de las corrientes de los fluidos caliente y frío a través de la misma área de flujo. Puede ser de dos tipos: estático y dinámico.

Estático: Es una masa porosa que tiene una gran capacidad de almacenamiento de calor. Los fluidos caliente y frío fluyen a través de esta masa porosa de manera alternada. El calor se transfiere del fluido caliente hacia la matriz del regenerador durante el flujo del mismo, y de la matriz hacia el fluido frío durante el paso de este.

Dinámico: Consta de un tambor giratorio y se establece un flujo continuo del fluido caliente y del frío a través de partes diferentes de ese tambor, de modo que diversas partes de este último pasan periódicamente a través de la corriente caliente, almacenando calor y después a través de la corriente fría, rechazando este calor almacenado.

El calor se transfiere del fluido caliente hacia la pared por convección, después a través de la pared por conducción y por último, de la pared hacia el fluido frío de nuevo por convección.

El intercambiador de calor está bien aislado de modo que la pérdida de calor hacia los alrededores es despreciable. El espesor del tubo es despreciable, puesto que es de pared delgada.

Una de las causas más comunes es la precipitación de depósitos sólidos que se encuentran en un fluido sobre las superficies de transferencia de calor, otras que es bastante común más que nada en la industria de procesos químicos es la corrosión y otra la incrustación química.

Los intercambiadores también pueden incrustarse por el crecimiento de algas en los fluidos calientes. Este tipo de incrustación se conoce como incrustación biológica.

El efecto neto de estas acumulaciones sobre la transferencia de calor se representa por un factor de incrustación Rf, el cual es una medida de la resistencia térmica introducida por la incrustación.

El factor de incrustación depende de la temperatura de operación y de la velocidad de los fluidos, así como de la duración del servicio. La incrustación se incrementa al aumentar la temperatura y disminuir la velocidad.