Intercambiador de calor

Sección de un intercambiador de calor de tipo haz tubular.

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.

Transmisión de calor por conducción

La conducción de calor es un proceso de transferencia de energía térmica que tiene lugar en los medios materiales entre zonas de diferente temperatura. Cuando las moléculas absorben energía térmica vibran alrededor de sus posiciones medias, aumentan la amplitud de la vibración y, por lo tanto, aumentan su energía cinética. La conducción puede darse en cualquier estado de agregación de la materia, pero no en el vacío. La formula para calcular el calor por conducción es (tomando H como el flujo de calor): H=kA (^T/1) k=conductividad térmica A=área ^= diferencia T=temperatura

Una teoría ampliamente aceptada sugiere que la transferencia de calor por conducción se debe, por una parte a la transmisión de las vibraciones entre moléculas adyacentes, y por otra parte al movimiento de los electrones libres, transportando energía. Esta teoría es acorde con que los materiales que son buenos conductores del calor, también suelen ser buenos conductores eléctricos.

Transmisión de calor por convección

Cuando un fluido circula en contacto con un sólido, por ejemplo por el interior de una tubería, existiendo una diferencia de temperatura entre ambos, tiene lugar un intercambio de calor. Esta transmisión de calor se debe al mecanismo de convección.

El calentamiento y enfriamiento de gases y líquidos son los ejemplos más habituales de transmisión de calor por convección. Dependiendo de si el movimiento del fluido es natural o forzado artificialmente, se distinguen dos tipos: convección libre (también llamada natural) y convección forzada. La convección forzada implica el uso de algún medio mecánico, como una bomba o un ventilador, para provocar el movimiento del fluido. Ambos mecanismos pueden producir un movimiento laminar o turbulento del fluido.

Tipos de intercambiadores de calor

Dada la multitud de aplicaciones de estos dispositivos, se puede realizar una clasificación dependiendo de su construcción. Para la elección del mismo se consideran aspectos como tipo de fluido, densidad, viscosidad, contenido en sólidos, límite de temperaturas, conductividad térmica, etc.

De placas: formados por un conjunto de placas de metal corrugadas (acero inoxidable, titanio, etc.) contenidas en un bastidor. El sellado de las placas se realiza mediante juntas o bien pueden estar soldadas.
De haz tubular: formados por un haz de tubos corrugados o no, realizado en diversos materiales. El haz de tubos se ubica dentro de una carcasa para permitir el intercambio con el fluido a calentar o enfriar.
Tubo aleteado: se compone de un tubo o haz de tubos a los que se sueldan aletas de diferentes tamaños y grosores para permitir el intercambio entre fluidos y gases. P. ej., radiador de un vehículo.
Superficie rascada: muy similar al tubular, con la particularidad de ubicar dentro del tubo un dispositivo mecánico helicoidal/circular (Waukesha Cherry-Burrell Votator, Alfalaval Contherm) o lineal (HRS Spiratube Unicus) que permite el paso del fluido que, por sus características, impide un trasiego normal con los medios de bombeo habituales.

Aplicaciones industriales frecuentes

Son prácticamente innumerables dada su tipología. Entran a formar parte de cualquier proceso donde se requiera intercambio térmico. Cabría destacar:

Industria alimentaria: enfriamiento, termización y pasteurización de leche, zumos, bebidas carbonatadas, salsas, vinagres, vino, jarabe de azúcar, aceite, etc.
Industria química y petroquímica: producción de combustibles, etanol, biodiésel, disolventes, pinturas, pasta de papel, aceites industriales, plantas de cogeneración, etc.
Industria del aire acondicionado: cualquier proceso que implique enfriamiento o calentamiento de los gases.
Calefacción y energía solar: producción de agua caliente sanitaria, calentamiento de piscinas, producción de agua caliente mediante paneles solares, etc.
Industria marina: enfriamiento de motores y lubricantes mediante el empleo del agua del mar.

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