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Intercambiadores de calor clasificacion, caracteristicas
Tipo: Apuntes
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La utilización de intercambiadores de calor en sistemas de control de contaminación del aire, es casi siempre conveniente, por cuanto estos permiten recuperar parte de la energía de las corrientes gaseosas que tienen altas temperaturas, de manera que dicha energía puede ser aprovechada para otros fines.
Las principales ventajas de utilizar un intercambiador de calor como medio de enfriamiento de corrientes gaseosas, son: ▲ El volumen final del gas es el menor de los tres métodos presentados ▲ No hay incremento en la humedad de los gases ▲ La energía calorífica de los gases puede ser recuperada y por lo tanto constituye también una ventaja desde el punto de vista económico. Pero también se puede identificar las siguientes desventajas ▲ Alto costo de fabricación e instalación ▲ Alto costo de operación y mantenimiento
Características generales del intercambiador de calor Como hemos visto hasta ahora, la función general de un intercambiador de calor es transferir calor de un fluido a otro. El funcionamiento de los intercambiadores de calor se basa en la transferencia de energía en forma de calor de un medio (aire, gas o líquido) a otro medio. El mecanismo de funcionamiento de los intercambiadores de calor, que logran una separación total entre los dos fluidos sin que se produzca ningún almacenamiento intermedio de calor, se conoce como recuperador. Los componentes básicos de los intercambiadores se puede ver como un tubo por donde un flujo de fluido está pasando mientras que otro fluido fluye alrededor de dicho tubo. Existen por tanto tres intercambios de calor que necesitan ser descritos:
Tipos de intercambiadores de calor según su construcción
Si bien los intercambiadores de calor se presentan en una inimaginable variedad de formas y tamaños, la construcción de los intercambiadores está incluida en alguna de las dos siguientes categorías: carcaza y tubo o plato. Como en cualquier dispositivo mecánico, cada uno de estos presenta ventajas o desventajas en su aplicación.
proveen un área extremadamente grande de transferencia de térmica a cada uno de los líquidos .Por lo tanto, un intercambiador de placa es capaz de transferir mucho más calor con respecto a un intercambiador de carcaza y tubos con volumen semejante, esto es debido a que las placas proporcionan una mayor área que la de los tubos. El intercambiador de calor de plato, debido a la alta eficacia en la transferencia de calor, es mucho más pequeño que el de carcaza y tubos para la misma capacidad de intercambio de calor.
Figura 2: Intercambiador de calor de tipo plato. INTERCAMBIADORES DE CALOR (2007)
Tipos de intercambiadores de calor según su operación
Ya que los intercambiadores de calor se presentan en muchas formas, tamaños, materiales de manufactura y modelos, estos son categorizados de acuerdo con características comunes. Una de las características comunes que se puede emplear es la dirección relativa que existe entre los dos flujos de fluido. Las tres categorías son: Flujo paralelo, Contraflujo y Flujo cruzado.
Flujo paralelo. C
Como se ilustra en la figura (3), existe un flujo paralelo cuando el flujo interno o de los tubos y el flujo externo o de la carcaza ambos fluyen en la misma dirección. En este caso, los dos fluidos entran al intercambiador por el mismo extremo y estos presentan una diferencia de temperatura significativa. Como el calor se transfiere del fluido con mayor temperatura hacia el fluido de menor temperatura, la temperatura de los fluidos se aproxima la una a la otra, es decir que uno disminuye su temperatura y el otro la aumenta tratando de alcanzar el equilibrio térmico entre ellos. Debe quedar claro que el fluido con menor temperatura nunca alcanza la temperatura del fluido más caliente.
Figura 3: Intercambiador de calor de flujo paralelo. INTERCAMBIADORES DE CALOR (2007)
Contraflujo
Como se ilustra en la figura (4), se presenta un contraflujo cuando los dos fluidos fluyen en la misma dirección pero en sentido opuesto. Cada uno de los fluidos entra al intercambiador por diferentes extremos Ya que el fluido con menor temperatura sale en contraflujo del intercambiador de calor en el extremo donde entra el fluido con mayor temperatura, la temperatura del fluido más frío se aproximará a al temperatura del fluido de entrada. Este tipo de intercambiador resulta ser más eficiente que los otros dos tipos mencionados anteriormente. En contraste con el intercambiador de calor de flujo paralelo, el intercambiador de contraflujo puede presentar la temperatura más alta en el fluido frío y la más baja temperatura en el fluido caliente una vez realizada la transferencia de calor en el intercambiador
Figura 4: Intercambiador de Contraflujo INTERCAMBIADORES DE CALOR (2007)
Flujo cruzado
En la figura (5) se muestra como en el intercambiador de calor de flujo cruzado uno de los fluidos fluye de manera perpendicular al otro fluido, esto es, uno de los fluidos pasa a través de tubos mientras que el otro pasa alrededor de dichos tubos formando un ángulo de
Figura 6: Intercambiador de un solo paso e intercambiador de multiple paso. INTERCAMBIADORES DE CALOR (2007)
Intercambiadores Regenerativos y No-regenerativos
Los intercambiadores de calor también pueden ser clasificados por su función en un sistema particular. Una clasificación común es
Un intercambiador regenerativo es aquel donde se utiliza el mismo fluido (el fluido caliente y el fluido frío es el mismo) como se muestra en lo figura (7). Esto es, el fluido caliente abandona el sistema cediendo su calor a un regenerador y posteriormente regresando al sistema. Los intercambiadores regenerativos son comúnmente utilizados en sistemas con temperaturas altas donde una porción del fluido del sistema se remueve del proceso principal y éste es posteriormente integrado al sistema. Ya que el fluido que es removido del proceso principal contiene energía (energía interna, mal llamado calor), el calor del fluido que abandona el sistema se usa para recalentar (regenerar) el fluido de regreso en lugar de expeler calor hacia un medio externo más frío lo que mejora la eficacia del intercambiador. Es importante recordar que el término "regenerativo/no-regenerativo" sólo se refiere a "cómo" funciona el intercambiador de calor en un sistema y no indica el tipo de intercambiador (carcaza y tubo, plato, flujo paralelo, contraflujo). En un intercambiador regenerativo, como se muestra en la figura (7), el fluido con mayor temperatura en enfriado por un fluido de un sistema separado y la energía (calor) removida y no es regresaba al sistema.
Figura 7: Intercambiador regenerativo e Intercambiador no-regerativo INTERCAMBIADORES DE CALOR (2007)