jueves, 21 de noviembre de 2013

CLASIFICACIÓN DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR - proyectopiping


INTERCAMBIADORES DE CALOR

CLASIFICACIÓN DE LOS INTERCAMBIADORES.

   Un intercambiador  de calor es un dispositivo en el que se da un intercambio de calor entre dos corrientes fluidas, una caliente y otra fría(en términos relativos). Estos dispositivos aparecen en calentadores o refrigeradores de aire, calentadores de agua, calderas, condensadores, radiadores de automóviles... Dependiendo de si existe o no contacto entre los fluidos, podemos distinguir entre:

   1-.Intercambiadores de contacto directo o de mezcla:

   En ellos, los fluidos sufren una mezcla física completa, y su principal aplicación se da  en torres de refrigeración o torres húmedas y en los enfriadores de gases.

2-.Intercambiadores de contacto indirecto:
     
  En ellos, no se produce la mezcla de los fluidos que intervienen. Éstos, subdividen a su vez en dos grupos:

2.1-.Alternativos o dinámicos:

           Son aquellos en los que se utiliza una masa sólida acumuladora del calor. Ambos fluidos circulan por la masa , bien de forma alternada, en cuyo caso se denominan recuperadores o regeneradores, o bien por rotación de la masa, en cuyo caso reciben el nombre de intercambiadores rotativos.

            Aunque no se da coincidencia entre los fluidos, se pueden contaminar debido al arrastre de partículas, lo cual invalida su uso.


2.2-.Intercambiadores de superficie o estáticos:

       Son aquellos en los que los fluidos intercambiadores de calor se hallan separados por una superficie conductora sólida, plana o cilíndrica. Además de la conductividad del sólido, es también importante el coeficiente de película entre la superficie y el sólido, por lo que se considerará el coeficiente global de transmisión del intercambiador.

       Como no se da contacto entre los fluidos, éstos no pueden contaminarse entre sí, como ocurría en los de contacto directo, y esta es una de las causas  por las que son más utilizados en la industria.

       En función de la dirección relativa de los fluidos se pueden hacer dos grupos:

2.2.1-.Intercambiadores de flujo cruzado:

           Son aquellos en los que las corrientes fluidas circulan formando entre sí un ángulo diferente de cero grados, y se utilizan principalmente en intercambiadores de calor líquido-gas. 
    Hay que tener en cuenta que el análisis  se puede  hacer muy complejo si consideramos que la temperatura del fluido, además de variar en la dirección del mismo, lo puede hacer en la dirección perpendicular. En estos casos, la temperatura dependerá de dos coordenadas.
    Además, puede permitirse o no la mezcla de cada fluido en la dirección transversal a la de su flujo, denominándose  mezclado y no mezclado, respectivamente, a cada uno de estos casos.

2.2.2-.Intercambiadores de superficie de flujo paralelo o cambiadores de calor en serie:

    En estos cambiadores, ambos fluidos circulan en direcciones paralelas, y se utilizan principalmente en los intercambios térmicos líquido- líquido. Dependiendo del sentido entre los flujos se clasifican en dos grupos:

2.2.2.1-.Equicorrientes:

    Se da cuando ambos flujos tienen el mismo sentido de circulación.
   Estos cambiadores se caracterizan por poner en contacto la temperatura más alta del fluido caliente con la más baja del fluido frío, y viceversa, de modo que las temperaturas se acercan asintóticamente. La diferencia de temperaturas iniciales es muy grande, pero disminuye rápidamente a medida que avanzamos en el cambiador.

2.2.2.2-.Contracorrientes:

    Se da cuando los flujos tienen sentido de circulación contrario.
   En ellos, toman contacto entre sí las temperaturas altas  de ambos fluidos y viceversa, de modo que la diferencia de temperaturas entre los fluidos es mas o menos constante a lo largo del proceso. Además, presentan la ventaja de que podemos calentar el fluido frío a una temperatura superior a la de salida del fluido caliente.
   Otro tipo de intercambiadores de calor a contracorriente son los de cambio de estado.El fluido caliente se enfría hasta su temperatura de condensación para luego subenfriarse, mientras el fluido frío se va calentando progresivamente. 

   Otra posible clasificación que se le puede dar a los intercambiadores de flujo paralelo es según su construcción.

   Intercambiadores de placas:

   Estos intercambiadores están formados  por una serie de placas metálicas, de tamaño normalizado por cada constructor, que se acoplan unas a otras en mayor o menor número, según las necesidades térmicas, en un bastidor metálico que las sostiene.
                                               

   Las placas tienen unas aberturas para poder deslizar por las guías (una superior y otra inferior) del bastidor. Además, éste consta de dos placas frontales, una fija y otra móvil, unidas por una serie de tirantes para lograr la presión necesaria para el cierre hermético del conjunto.

   Las ventajas de los intercambiadores de placas son las siguientes:

  •    .La velocidad de circulación de los fluidos es menor, y por lo tanto, el riesgo de   ensuciamiento. Esto es debido a la elevada turbulencia en la circulación de los fluidos, pues se consigue el régimen turbulento para números de Reynolds más bajos.
  •     El coeficiente de transmisión superficial es elevado, por lo que también lo es el coeficiente global de transmisión.
  • .Las pérdidas de calor son bajas, pues sólo se dan en los bordes de las placas, y además, éstas se pueden aislar por ser de poco espesor.
  • Ocupan poco espacio, al tener una relación de intercambio de volumen muy alta.Esto presenta además la ventaja de que la cantidad de fluido por unidad de superficie de intercambio es menor, lo que supone menores pérdidas de fluido al desmontarlo, menos problema de depósito de fluidos...
  • .Su mantenimiento es fácil, debido a que se desmonta sin dificultad y las piezas son sustituidas si problemas. Además, gracias a la accesibilidad a ambas caras de la placa, la limpieza resulta cómoda.
  • La sustitución de juntas se puede realizar de modo inmediato, lo que reduce el vertido de fluidos al exterior.
  • Son más baratos que los multitubulares en el caso de que se requieran materiales especiales para su construcción.

   Por otro lado presentan otra serie de inconvenientes:

  •     .La junta de unión entre las placas no soporta temperaturas superiores a los 250ºC ni presiones mayores de 20 atmósferas, lo que supone una gran limitación.
  •     .Se da una mayor pérdida de presión en la circulación de los fluidos.

  •     El coste, a no ser en casos especiales, es  mayor que en los tubulares.


    Los materiales con los que se construyen varían dependiendo de los fluidos que vayan a recorrerlos. Las principales características que han de tener son las siguientes:

  •      - no ser reactivos con los fluidos que intervienen
  •      - facilidad de deformación por prensado
  •      - baja resistencia térmica.

Intercambiadores tubo- carcasa:

   Este tipo de intercambiadores está formado por un haz de tubos, por el interior de los cuales circula uno de los fluidos, fijados a unas chapas taladradas por las que circula el otro fluido. El conjunto es colocado en el interior de un recinto, generalmente cilíndrico, denominado carcasa.

  El fluido que penetra en los tubos entra y sale por unos colectores situados entre las chapas, mientras que el fluido que circula por el exterior entra y sale por colectores situados entre las chapas y las cabezas de la carcasa.

   Perpendicularmente al haz de tubos se colocan placas deflectoras para garantizar la distribución uniforme  del fluido que circula por el exterior de los tubos.

   Estos intercambiadores pueden ser de flujo paralelo a equicorriente o contracorriente, dependiendo de si los sentidos de circulación de los fluidos de dentro y fuera de los tubos coincide o no.

   A estos intercambiadores, se los denomina genéricamente de un paso por los tubos y otro por la carcasa, pero podemos diseñarlos de tal modo que el fluido del exterior de los tubos recorra una vez la mitad de los mismos, invierta su sentido de circulación, y recorra luego la otra mitad. A este tipo de intercambiadores se los denomina de un paso por la carcasa y dos por los tubos.


   Del mismo modo se pueden conseguir tantos pasos por los tubos por cada paso por la carcasa como se desee. Este tipo de intercambiadores suele darse en los condensadores de vapor.

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