Tipos De Intercambiadores De Calor

2.- TIPOS DE INTERCAMBIADORES

a)      Intercambiador de contacto directo.

b)      Intercambiador de contacto indirecto.

b.a)   Regenrativos.

b.b)  Recuperativos.

b.b.a     ) Una sola corriente.

b.b.b     Dos corrientes en flujo paralelo.

b.b.c     Dos corrientes en contracorriente. 

b.b.d    Dos corrientes en flujo cruzado.

b.b.e     Dos corrientes en contraflujo cruzado.

b.b.f      Dos corrientes a pasos múltiples

2.1.- a) Intercambiadores de contacto directo

En los intercambiadores de contacto directo sin almacenamiento de calor las corrientes contactan una con otra íntimamente, cediendo la corriente más caliente directamente su calor a la corriente más fría. Este tipo de intercambiador se utiliza naturalmente cuando las dos fases en contacto son mutuamente insolubles y no reaccionan una con otra. Por consiguiente, no puede utilizarse con sistemas gas-gas.

Los intercambiadores de calor de contacto directo son de tres amplios tipos. En primer lugar, se tienen los intercambiadores gas-sólido. En la Fig. 2.1 se muestran diversas formas de los mismos.

Figura 2.1: Intercambiaodes de contacto directo gas-líquido sin almacenamiento de calor.

A continuación se tiene los intercambiadores fluido-fluido, en los que los dos fluidos en contacto son mutuamente inmiscibles. En la Fig. 2.2 se muestra algunos esquemas.

Figura 2.2: Intercambiadores de contacto directo fluido-fluido sin almacenamiento de calor.

Finalmente, no siempre es necesario que los dos fluidos en contacto sean mutuamente insolubles, y la Fig. 2.3 muestra intercambiadores donde uno de los fluidos circulantes se disuelve en el otro. En particular, en los sistemas aire-agua el intercambiador de contacto directo es de gran importancia ya que justo una de las fases (agua) se disuelve, o evapora, en la otra fase (aire). La torre de enfriamiento de agua, mostrada en la Fig. 2.3 es un ejemplo de este tipo, y de hecho representa el tipo más ampliamente utilizado de intercambiador de calor en la industria.

Figura 2.3: Intercambiador de calor de contacto directo fluido-fluido en los que una fase puede disolverse en otra.

El tratamiento adecuado de este tipo de intercambiador requiere la utilización de los métodos de transferencia simultáneamente de calor y materia, y va más allá del objetivo de este volumen.

2.2.- b.a) Regenerativos

 En los regenerativos una corriente caliente de un gas transfiere su calor a un cuerpo intermedio, normalmente un sólido, que posteriormente cede calor almacenado a una segunda corriente de un gas frío. Existe una serie de diferentes maneras de hacer esto, como muestra la Fig. 2.4.

Figura 2.4: Regeneradores de calor o intercambiadores con almacenamiento de calor: a) los sólidos que almacenan el calor están quietos; b) los sólidos que almacenan el calor circulan entre las corrientes paralelas caliente y fría.

El tubo de calor transporta calor muy eficazmente desde un lugar a otro, y puesto que la resistencia principal a la transmisión de calor está en los dos extremos del tubo, donde el calor se toma y cede, se utilizan normalmente tubos con aletas en estas zonas, como se muestra en la Fig. 2.5. El fluido del tubo que hierve en un extremo y condensa en el otro actúa transportando el calor con una circulación de ida y vuelta.

Figura 2.5: El tubo de calor transporta calor desde un sitio a otro, con frecuencia bastante apartado.

Conseguir un intercambio de calor en contracorriente de gases y líquidos no es problema, pero para dos corrientes de sólidos no es un caso fácil. La Fig 2.6 muestra una propuesta utilizando un intercambiador de calor en contracorriente de dos corrientes de sólidos, utilizando corriente líquida de ida y vuelta.

Figura 2.6: Intercambiador de calor sólido-sólido en contracorriente, que utiliza un líquido de ida y vuelta.

2.3 b.b) Recuperativos

Existen diversas configuraciones geométricas de flujo posibles en un intercambiador, las más importante son las que se representan en la Fig. 2.7.

Figura 2.7: Esquemas de configuraciones geométricas de flujo comunes para intercambiadores de calor recuperativos.

b.b.a) Una sola corriente. La configuración de una sola corriente se define como un intercambiador en el que cambia la temperatura de un solo fluido; en este caso la dirección del flujo carece de importancia. Los condensadores, evaporadores y las calderas de vapor son ejemplos de este tipo de intercambiadores. En la Fig. 2.7 (a) se ilustra un condensador simple.

b.b.b) Dos corrientesen flujos paralelos. Los dos fluidos fluyen en direcciones paralelas y en el mismo sentido. En su forma más simple, este tipo de intercambiador consta de dos tubos concéntricos, como muestra la Fig 2.7 (b). En la práctica, un gran número de tubos se colocan en una coraza para formar lo que se conoce como intercambiador de coraza y tubos,como se observa en la Fig. 2.8. El intercambiador de coraza y tubos se usa más frecuentemente para líquidos y para altas presiones. 

  

Figura 2.8: Intercambiador de calor de coraza y tubos de dos pasos por tubos y un paso por coraza. El primer paso por tubos se efectúa en flujos paralelos y el segundo en flujo a contracorriente. 

El intercambiador tipo placas mostrado en la Fig. 2.9 consiste en varias placas separadas por juntas y resulta más adecuado para gases a baja presión. Esta configuración se conoce también como intercambiador de corrientes paralelas.

 

Figura 2.9: Intercambiador de calor tipo placas.

b.b.c) Dos corrientes en contracorriente. Los fluidos se desplazan en direcciones paralelas pero en sentido opuesto. En la figura 2.7 (c) se muestra un intercambiador simple de tubos coaxiales, pero, como en el caso del intercambiador de corrientes paralelas, los intercambiadores de coraza y tubos o de placas son los más comunes.

Veremos que para un número dado de unidades de transferencia, la efectividad de un intercambiador de corriente es mayor que la del intercambiador  en contracorriente. Los precalentadores de agua de alimentación para calderas y los enfriadores de aceite para aviones son ejemplos de este tipo de intercambiadores de calor. Esta configuración se conoce también como intercambiadores de contracorriente.

b.b.d) Dos corrientes en flujo cruzado. Las corrientes fluyen en direcciones perpendiculares, como se muestra en la Fig 2.7 (d). La corriente caliente puede fluir por el interior de los tubos de un haz y la corriente fría puede hacerlo a través del haz en una dirección generalmente perpendicular a los tubos. Una o ambas corrientes pueden estar sin mezclarse, como se muestra. Esta configuración tiene una efectividad intermedia entre la de un intercambiador de corriente paralela y la de uno en contracorriente, pero a menudo su construcción es mas sencilla debido a la relativa simplicidad de los conductos de entrada y de salida. Un ejemplo común de este tipo de intercambiador es el radiador de automóvil que se muestra en la Fig.

2.10.

 

Figura 2.10: Radiador de automóvil.

b.b.e) Dos corrientes en contraflujo cruzado. En la práctica, las configuraciones de flujo de los intercambiadores se aproximan a menudo a las idealizaciones de la Fig. 2.7 (e); se muestran los casos de dos pasos y de cuatro pasos, aunque puede usarse un número mayor de pasos.(En un intercambiador de dos pasos los tubos pasan dos veces por la coraza). Conforme aumenta el número de pasos, la efectividad se aproxima a la de un intercambiador de corriente ideal.

b.b.f) Dos corrientes a pasos múltiples. Cuando los tubos de un intercambiador de coraza y tubos están dispuestos en uno o más pasos en el interior de la coraza, como muestra la Fig. 2.7 (f), algunos de los pasos producen un flujo paralelo mientras que otros producen un flujo a contracorriente. El intercambiador de dos pasos de este tipo es común porque sólo es necesario perforar uno de los extremos para permitir la entrada y salida de los tubos, como se muestra de manera esquemática en la Fig 2.8.

Yeison Mora