TIPOS DE INTERCAMBIADORORES DE CALOR

Alumno: Espiritu Romero, Jhonatan Arnaldo.

Profesor: Amez Ramirez, Enrrique.

1. INTRODUCCIN

Diariamente nos encontramos con muchas situaciones fsicas en las que es necesario transferir calor desde un fluido caliente hasta otro fluido fro con mltiples propsitos como por ejemplo: el ahorro de energa con lo cual se logra la disminucin de los costos de operacin. Para transferir calor existen una amplia variedad de equipos denominados intercambiadores de calor. Los equipos de intercambio de calor se pueden clasificar de acuerdo a diferentes criterios. En este informe se presentaran diferentes equipos y sus aplicaciones con el fin de familiarizarnos con los intercambiadores de calor ms utilizados a nivel industrial y podamos seleccionar el intercambiador ms adecuado para una aplicacin determinada.

2.- TIPOS DE INTERCAMBIADORES a) Intercambiador de contacto directo. b) Intercambiador de contacto indirecto. b.a) Regenerativos. 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 mltiples

2.1.- a) Intercambiadores de contacto directo

En los intercambiadores de contacto directo sin almacenamiento de calor las corrientes contactan una con otra ntimamente, cediendo la corriente ms caliente directamente su calor a la corriente ms fra. 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-slido. En la Fig. 2.1 se muestran diversas formas de los mismos.

Figura 2.1: Intercambiadores de contacto directo gas-lquido sin almacenamiento de calor.

A continuacin 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 4 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 ms 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 utilizacin de los mtodos de transferencia simultneamente de calor y materia, y va ms all 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 slido, que posteriormente cede calor almacenado a una segunda corriente de un gas fro. 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 slidos que almacenan el calor estn quietos; b) los slidos que almacenan el calor circulan entre las corrientes paralelas caliente y fra.

El tubo de calor transporta calor muy eficazmente desde un lugar a otro, y puesto que la resistencia principal a la transmisin de calor est 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 acta transportando el calor con una circulacin 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 lquidos no es problema, pero para dos corrientes de slidos no es un caso fcil. La Fig 2.6 muestra una propuesta utilizando un intercambiador de calor en contracorriente de dos corrientes de slidos, utilizando corriente lquida de ida y vuelta.

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

2.3 b.b) Recuperativos Existen diversas configuraciones geomtricas de flujo posibles en un intercambiador, las ms importante son las que se representan en la Fig. 2.7.

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

b.b.a) Una sola corriente. La configuracin de una sola corriente se define como un intercambiador en el que cambia la temperatura de un solo fluido; en este caso la direccin 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 ms simple, este tipo de intercambiador consta de dos tubos concntricos, como muestra la Fig 2.7 (b). En la prctica, un gran nmero 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 ms frecuentemente para lquidos 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 efecta 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 ms adecuado para gases a baja presin. Esta configuracin se conoce tambin como intercambiador de corrientes paralelas.

Figura 2.9: Intercambiador de calor tipo placa

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 ms comunes.

Veremos que para un nmero 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 alimentacin para calderas y los enfriadores de aceite para aviones son ejemplos de este tipo de intercambiadores de calor. Esta configuracin se conoce tambin 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 fra puede hacerlo a travs del haz en una direccin generalmente perpendicular a los tubos. Una o ambas corrientes pueden estar sin mezclarse, como se muestra. Esta configuracin tiene una efectividad intermedia entre la de un intercambiador de corriente paralela y la de uno en contracorriente, pero a menudo su construccin es ms sencilla debido a la relativa simplicidad de los conductos de entrada y de salida. Un ejemplo comn de este tipo de intercambiador es el radiador de automvil que se muestra en la Fig. 2.10.

Figura 2.10: Radiador de automvil.

b.b.e) Dos corrientes en contraflujo cruzado. En la prctica, 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 nmero mayor de pasos.(En un intercambiador de dos pasos los tubos pasan dos veces por la coraza). Conforme aumenta el nmero de pasos, la efectividad se aproxima a la de un intercambiador de corriente ideal. b.b.f) Dos corrientes a pasos mltiples. Cuando los tubos de un intercambiador de coraza y tubos estn dispuestos en uno o ms 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 comn porque slo es necesario perforar uno de los extremos para permitir la entrada y salida de los tubos, como se muestra de manera esquemtica en la Fig 2.8.