INTERCAMBIADOR DE CALORUn intercambiador de calor se puede describir de un modo muy elemental como un equipo en el que dos corrientes a distintas temperaturas fluyen sin mezclarse con el objeto de enfriar una de ellas o calentar la otra o ambas cosas a la vez. Tambin se puede definir como un dispositivo diseado para transferir calor entre dos medios, que estn separados por una barrera o que se encuentren en contacto. Son parte esencial de los dispositivos de refrigeracin, acondicionamiento de aire, produccin de energa y procesamiento qumico.

Un intercambiador tpico es el radiador del motor de un automvil, en el que el fluido refrigerante, calentado por la accin del motor, se refrigera por la corriente de aire que fluye sobre l y, a su vez, reduce la temperatura del motor volviendo a circular en el interior del mismo.

Un esquema de intercambiador de calor sumamente primitivo puede ser el siguiente.

t1 y t2 = temperaturas de entrada y salida del fluido fro.T1 y T2 = temperaturas de entrada y salida del fluido clido.

CLASES DE INTERCAMBIADORES

El intercambiador de calor es uno de los equipos industriales ms frecuentes. Prcticamente no existe industria en la que no se encuentre un intercambiador de calor, debido a que la operacin de enfriamiento o calentamiento es inherente a todo proceso que maneje energa en cualquiera de sus formas.Existe mucha variacin de diseos en los equipos de intercambio de calor. En ciertas ramas de la industria se han desarrollado intercambiadores muy especializados para ciertas aplicaciones puntuales. Tratar todos los tipos sera imposible, por la cantidad y variedad de ellos que se puede encontrar.En forma muy general, podemos clasificarlos segn el tipo de superficie en:

Intercambiadores con tubos lisos rectosLos intercambiadores de tubos lisos rectos son los ms abundantes. La causa de su generalizacin es su mayor flexibilidad. Pueden ser de doble tubo o de haz de tubos y coraza. Ms adelante se describen con mayor detalle.

Intercambiadores de serpentines sumergidosLos intercambiadores de serpentn se usan en casos en que no hay tiempo o dinero para adquirir un equipo comercial, ya que son fciles de construir en un taller. Al ser fcilmente removibles y transportables se usan mucho para instalaciones provisorias. El rendimiento del intercambio es bueno y son fciles de limpiar exteriormente.La limpieza interior generalmente no es problema, ya que la aplicacin ms frecuente es para calentamiento, generalmente con vapor. El vapor no ensucia, pero es bastante corrosivo.Intercambiadores con superficies extendidasDespus de los intercambiadores de tubos lisos rectos son los ms frecuentes. Existen muchos medios para aumentar la superficie de intercambio; el usado ms a menudo son las aletas. Estas pueden ser transversales o longitudinales, segn que el plano de las aletas sea normal al eje central del tubo o pase por el mismo.

Intercambiadores placaUn intercambiador placa consiste en una sucesin de lminas de metal armadas en un bastidor y conectadas de modo que entre la primera y la segunda circule un fluido, entre la segunda y la tercera otro, y as sucesivamente.Se trata de equipos muy fciles de desarmar para su limpieza. En la disposicin ms simple hay slo dos corrientes circulando, y su clculo es relativamente sencillo.

Intercambiadores compactosLos intercambiadores compactos han sido desarrollados para servicios muy especficos y no son habituales.Existen muchos diseos distintos, para los que no hay ninguna metodologa general. Cada fabricante tiene sus diseos y mtodos de clculo propios. Para imaginar un intercambiador compacto supongamos tener una corriente de gas a elevada temperatura (> 1000 C) que se desea intercambie calor con aire a temperatura normal. El espacio es sumamente escaso, por lo que se compra un intercambiador construido horadando orificios en un cubo de grafito. Los orificios (tubos en realidad, practicados en la masa de grafito) corren entre dos caras opuestas de modo que existe la posibilidad de agregar una tercera corriente.El clculo de este intercambiador es relativamente simple. Otras geometras ms complejas requieren mtodos de clculo muy elaborados.

ChaquetasSe denomina chaqueta al doble fondo o encamisado de un recipiente. El propsito de este equipo generalmente es calentar el contenido del recipiente. Son bastante menos eficientes que los serpentines, tienen mayor costo inicial y resultan bastante difciles de limpiar mecnicamente porque el acceso al interior de la camisa es complicado. En comparacin con los serpentines, las camisas son una pobre eleccin. Un serpentn de la misma superficie tiene un intercambio de calor bastante mayor, alrededor de un 125% calculado en base a la camisa.

Enfriadores de cascadaEstos equipos consisten en bancos de tubos horizontales, dispuestos en un plano vertical, con agua que cae resbalando en forma de cortina sobre los tubos formando una pelcula. Se pueden construir con tubos de cualquier tamao pero son comunes de 2 a 4" de dimetro. Constituyen un mtodo barato, fcil de improvisar pero de baja eficiencia para enfriar lquidos o gases con agua que puede ser sucia, o cualquier lquido fro.

Intercambiadores con tubos lisosLos intercambiadores ms habituales son, como se nombro anteriormente, los que usan tubos. Estos comprenden a los serpentines, intercambiadores de doble tubo y los intercambiadores de tubo y coraza. Se van a describir brevemente cada uno de ellos, y a discutir los usos y aplicaciones de cada uno.

SerpentinesUn intercambiador de serpentn es un simple tubo que se dobla en forma helicoidal y se sumerge en el lquido. Se usa normalmente para tanques y puede operar por conveccin natural o forzada. Debido a su bajo costo y rpida construccin se improvisa fcilmente con materiales abundantes en cualquier taller de mantenimiento. Usualmente se emplea tubera lisa de 3/4 a 2 pulgadas.

Intercambiadores de doble tuboEl intercambiador de doble tubo es el tipo ms simple que se puede encontrar de tubos rectos. Bsicamente consiste en dos tubos concntricos, lisos o aletados. Normalmente el fluido fro se coloca en el espacio anular, y el fluido clido va en el interior del tubo interno.

La disposicin geomtrica es la siguiente:

El intercambiador est formado por varias unidades como las mostradas en el esquema. Cada una de ellas se llama .horquilla. Y se arma con tubo roscado o bridado comn y corriente. Las uniones tambin pueden ser soldadas, pero esto no es habitual pues dificulta el armado y desarmado para su limpieza. El flujo en este tipo y similares es a contracorriente pura, excepto cuando hay caudales grandes que demandan un arreglo en serie-paralelo. El flujo en contracorriente pura resulta en hasta un 20% ms de intercambio comparado con el arreglo en equicorrientes de modo que si se manejan corrientes pequeas este equipo es el mejor, y tambin el ms econmico.

Las longitudes de horquilla mximas son del orden de 18 a 20 pies. Si se usan largos no soportados mayores, el tubo interno se dobla y distorsiona el espacio anular, causando mala distribucin del flujo en el mismo debido a su excentricidad y disminuyendo el coeficiente global.Algunas de sus ventajas:

Son flexibles, fciles de armar y mantener. La cantidad de superficie til de intercambio es fcil de modificar para adaptar el intercambiador a cambios en las condiciones de operacin, simplemente conectando mas horquillas o anulndolas; desconectarlas lleva minutos. Se modifican en poco tiempo, con materiales abundantes en cualquier taller. No requieren mano de obra especializada para el armado y mantenimiento. Los repuestos son fcilmente intercambiables y obtenibles en corto tiempo.

Algunas de sus aplicaciones: cuando un fluido es un gas, o un lquido viscoso, o su caudal es pequeo, mientras el otro es un lquido de baja viscosidad, o con alto caudal. Son adecuados para servicios con corrientes de alto ensuciamiento, con lodos sedimentables o slidos o alquitranes por la facilidad con que se limpian. Si hay una buena respuesta a la limpieza qumica o los fluidos no ensucian, las uniones pueden ser soldadas para resistir altas presiones de operacin. Son bastante comunes en procesos frigorficos.

En una variante del intercambiador de doble tubo, intermedia entre estos y los intercambiadores de haz de tubos y coraza, se reemplaza el tubo interior nico por una cantidad pequea de tubos finos. Esto se hace para aumentar la superficie de intercambio y la velocidad lineal en el espacio de la coraza, lo que a su vez aumenta tambin el intercambio de calor. Las diferencias entre estos intercambiadores y los de haz de tubos y coraza son las siguientes.

1) En los intercambiadores tipo horquilla de tubos internos mltiples los mismos pueden estar ms cerca unos de otros que en los de haz de tubos y coraza. En los intercambiadores de haz de tubos y coraza la relacin (espaciado de tubos)/(dimetro de tubos internos) normalmente es del orden de1.25 a 1.5, mientras que en los intercambiadores tipo horquilla de tubos internos mltiples esta relacin puede ser menor de 1.25.

2) El largo no soportado de tubos admisible en el tipo horquilla no es tan grande como en los de tipo casco y tubos, debido a la ausencia de bafles y estructuras auxiliares de soporte.

Intercambiadores de haz de tubos y corazaLos intercambiadores de tipo haz de tubos y coraza se usan para servicios en los que se requieren grandes superficies de intercambio, generalmente asociadas a caudales mucho mayores de los que puede manejar un intercambiador de doble tubo. En efecto, el intercambiador de doble tubo requiere una gran cantidad de horquillas para manejar servicios como los descriptos, pero a expensas de un considerable consumo de espacio, y con aumento de la cantidad de uniones que son puntos dbiles porque en ellas la posibilidad de fugas es mayor.

La solucin consiste en ubicar los tubos en un haz, rodeados por un tubo de gran dimetro denominado coraza. De este modo los puntos dbiles donde se pueden producir fugas, en las uniones del extremo de los tubos con la placa, estn contenidos en la coraza. En cambio en un conjunto de horquillas estos puntos estn al aire libre. En la siguiente ilustracin vemos un intercambiador de haz de tubos y coraza:

Como se puede observar, el fluido que ha de circular en el interior de los tubos ingresa por el cabezal derecho y se distribuye por los orificios de la placa en el haz de tubos. El fluido de la coraza, en cambio, circula por el exterior del haz de tubos, siguiendo una trayectoria tortuosa por el efecto de las pantallas (bafles) o tabiques deflectores. A este intercambiador se lo denomina tipo 1-1, por tener un solo paso por la coraza y por los tubos. De tener dos pasos por los tubos y uno por la coraza se llamara tipo 2-1.

El flujo en la coraza es casi perpendicular al haz de tubos. Las disposiciones del haz se pueden observar en el siguiente esquema.

Existen tres tipos bsicos de intercambiadores de haz de tubos y coraza. Dentro de cada uno de ellos hay numerosos subtipos diseados para circunstancias de operacin especficas.

La construccin ha sido normalizada por una institucin privada de los EEUU llamada T.E.M.A (Tubular Exchangers Manufacturers Association). Dichas normas han sido aceptadas en todo el mundo, y se pueden encontrar en todos los textos especializados en intercambiadores de calor.

Los tres tipos bsicos son:

Tubos en U De cabezal fijo De cabezal flotante

Se van a describir brevemente cada tipo y sus aplicaciones.

Intercambiadores de tubos en ULos intercambiadores de tubos en U tienen los tubos del haz doblados formando una U para evitar una de las dos placas de tubos, que al separar el espacio del fluido de la coraza del espacio del fluido de tubos ofrece un punto dbil en la unin de los tubos con la placa que puede ser causa de fugas. Adems, los tubos en U presentan cambios de direccin ms graduales, porque la curva que forman en el extremo es muy abierta, lo que ofrece menor resistencia al flujo.

El siguiente croquis muestra un tpico intercambiador de tubos en U.

Los nmeros en cada crculo identifican las partes principales del equipo, cuyo significado se aclara ms adelante. Es uno de los tipos de intercambiador ms usados. Los servicios en los que se pueden usar son los siguientes:

Servicio limpio, ninguna corriente ensucia. Presin extrema en un lado. Por ejemplo, del lado del casco. Condiciones de temperatura que causan severos esfuerzos trmicos, particularmente cambios repetitivos o de inversin cclica de temperatura que requieren aliviarse por expansin. El haz en U se expande libremente, evitando as elevados esfuerzos de corte en el cabezal. A veces para servicios con hidrgeno a presiones extremas (sntesis de amonaco, por ejemplo) usando una construccin totalmente soldada con haz no removible. Este tipo de servicio prcticamente no ensucia. Para permitir localizar la boca de entrada de coraza lejos del haz de tubos. Esto a veces es necesario cuando la velocidad del fluido de casco es demasiado alta, lo que puede causar vibraciones destructivas en el haz de tubos.

Intercambiadores de cabezal fijoEs el tipo ms popular cuando se desea minimizar la cantidad de juntas, no hay problemas de esfuerzos de origen trmico y no es preciso sacar el haz (ambos fluidos no son corrosivos y el fluido del lado de coraza es limpio). Este tipo de intercambiador es sumamente proclive a tener fallas cuando hay esfuerzo trmico severo, resultando en que se producen fugas tanto internas como externas. Las internas son extremadamente peligrosas porque no son fciles de detectar. Por ello es necesario realizar un anlisis trmico considerando todas las fases de operacin: arranque, normal, variaciones y anormal, para detectar y aliviar condiciones de esfuerzo trmico.

Para analizar el esfuerzo trmico se debe calcular las temperaturas promedio de los tubos y la coraza, y por medio del mdulo de elasticidad y del coeficiente de expansin trmica se calcula la diferencia de expansin entre la coraza y los tubos y la tensin. Si los tubos se expanden ms que la coraza, estn bajo esfuerzo de compresin. Si los tubos se expanden menos que la coraza, sufren esfuerzo de traccin. Esto es importante para determinar el tipo de unin entre tubos y placa. Esta puede ser mandrilada o soldada. Si el esfuerzo es tan grande que se requiere una junta de expansin, se la debe seleccionar para que opere bajo corrosin y fatiga sin fallas, porque si una junta falla, no hay salida: hay que sacarlo de operacin y mandarlo a reparar. Debido a que las juntas de expansin son ms delgadas que la coraza, es preferible evitar su uso cuando esto sea posible si el fluido del lado de coraza es corrosivo.

Las uniones soldadas de haz y placa son ms robustas y confiables que las uniones mandriladas o expandidas, pero algo ms caras. Soldar con latn o plomo es una solucin de costo intermedio, que muchos prefieren cuando no se espera corrosin y la expansin trmica ser baja. A continuacin vemos un croquis que muestra la disposicin de un intercambiador de cabezal fijo:

El siguiente croquis ilustra un intercambiador de cabezal flotante de empaquetadura: Intercambiadores con superficies extendidasLos tubos aletados se usan porque las aletas aumentan el intercambio de calor en alrededor de 10 a 15 veces por unidad de longitud.Las aletas se fabrican de una gran variedad de diseos y formas geomtricas. Las aletas longitudinales se usan en intercambiadores de doble tubo, mientras que las aletas transversales circulares cortas (lowfins) se usan en intercambiadores de haz de tubos y coraza.

Esto se debe al hecho de que en los intercambiadores de doble tubo el flujo es paralelo a los tubos, mientras en los de haz de tubos y coraza es normal al banco de tubos. Aletas ms altas (highfins) se usan en intercambiadores sin coraza o con flujo normal al eje del banco de tubos.Existe una enorme variedad de diseos de intercambiadores con superficies extendidas, pero los ms comunes son los derivados de los diseos bsicos de intercambiadores de tubos lisos. Es decir, intercambiadores de doble tubo, de serpentina o de haz de tubos y coraza en los que se usa tubo aletado. Algunos de los ms comunes:

Intercambiadores de doble tubo aletadosTanto en el caso de intercambiadores de un solo tubo como multitubo las aletas son longitudinales, continuas y rectas. Otros tipos de aleta son poco usadas, porque la resistencia hidrulica que ofrecen es mayor sin aumento de la eficacia de intercambio, adems de ser ms caras. Se usan principalmente en el calentamiento de lquidos viscosos, en casos en que los lquidos tienen propiedades de intercambio de calor y de ensuciamiento muy diferentes, y cuando la temperatura del fluido a calentar no puede exceder un mximo. Por lo general la disposicin geomtrica de las aletas es en el exterior del tubo interno, como vemos en el siguiente croquis:

El uso de aletas tambin tiene justificacin econmica porque reduce significativamente el tamao y cantidad de unidades de intercambio requerida para un determinado servicio.Otra aplicacin de los tubos aletados es el calentamiento de lquidos sensibles al calor, lodos o pastas. Debido a la mayor rea de intercambio, las aletas distribuyen el flujo de calor ms uniformemente. Al calentar aceites o asfalto, por ejemplo, la temperatura de las aletas es menor que la de la cara externa del tubo interior.Por lo tanto, la temperatura de la capa de aceite o asfalto en contacto con las aletas es menor, reduciendo en consecuencia el peligro de deterioro o carbonizacin, produccin de coque y daar o eventualmente ocluir parcialmente el intercambiador, reduciendo drsticamente su eficiencia de intercambio.

En aplicaciones de enfriamiento, colocando la corriente a enfriar del lado de las aletas (de la coraza) se obtiene un enfriamiento a mayor temperatura, de modo que la solidificacin de ceras en hidrocarburos viscosos o la cristalizacin o depsitos en barros es menor o inexistente.

Intercambiadores de haz de tubos aletadosEl tipo de aleta ms comnmente usado es la transversal. Los intercambiadores con aletas transversales se usan principalmente para enfriamiento o calentamiento de gases en flujo cruzado. La aleta transversal ms comn es la tipo disco, es decir de forma continua. Contribuyen a ello razones de robustez estructural y bajo costo, ms que la eficiencia de la aleta, que es menor para el tipo disco que para otras formas ms complejas.

Las aplicaciones actuales ms comunes son en los siguientes servicios: enfriamiento de agua con aire, condensacin de vapor, economizadores y recalentadores de vapor en hornos de calderas y serpentines de enfriamiento de aire en acondicionadores y otros servicios que involucran calentamiento o enfriamiento de gases. Estas aplicaciones en general no requieren coraza, ya que el haz de tubos no se encuentra confinado sino mas bien interpuesto en el canal conductor de gases. El flujo en todos los casos es cruzado.Los intercambiadores de haz de tubos aletados y coraza se emplean en las mismas condiciones que mencionamos anteriormente, fundamentalmente cuando la temperatura del lado de coraza no puede exceder un cierto valor relativamente bajo y las condiciones de operacin indican este tipo de intercambiador.

Regeneradores:Los regeneradores son intercambiadores en donde un fluido caliente fluye a travs del mismo espacio seguido de uno fro en forma alternada, con tan poca mezcla fsica como sea posible entre las dos corrientes.La superficie, que alternativamente recibe y luego libera la energa trmica, es muy importante en este dispositivo.

Las propiedades del material superficial, junto con las propiedades de flujo y del fluido de las corrientes fluidas, y con la geometra del sistema, son cantidades que deben conocer para analizar o disear los regeneradores.

Intercambiadores de tipo abierto:Como su nombre lo indica, los intercambiadores de calor de tipo abierto son dispositivos en los que las corrientes de fluido de entrada fluyen hacia una cmara abierta, y ocurre una mezcla fsica completa de las corrientes.

Las corrientes caliente y fra que entran por separado a este intercambiador salen mezcladas en una sola. El anlisis de los intercambiadores de tipo abierto involucra la ley de la conservacin de la masa y la primera ley de la termodinmica; no se necesitan ecuaciones de relacin para el anlisis o diseo de este tipo de intercambiador.

Intercambiadores de tipos cerrados o recuperadores:Los intercambiadores de tipo cerrado son aquellos en los cuales ocurre transferencia de calor entre dos corrientes fluidas que no se mezclan o que no tienen contacto entre s. Las corrientes de fluido que estn involucradas en esa forma estn separadas entre s por una pared de tubo, o por cualquier otra superficie que por estar involucrada en el camino de la transferencia de calor.

En consecuencia, la transferencia de calor ocurre por la conveccin desde el fluido ms cliente a la superficie slida, por conduccin a travs del slido y de ah por conveccin desde la superficie slida al fluido ms fro.

Los intercambiadores de calor tambin se pueden clasificar basndose en:

Clasificacin por la distribucin de flujoSe tienen cuatro tipos de configuraciones ms comunes en la trayectoria del flujo.En la distribucin de flujo en paralelo, los fluidos caliente y fro, entran por el mismo extremo del intercambiador, fluyen a travs de l en la misma direccin y salen por el otro extremo.En la distribucin en contracorriente, los fluidos caliente y fro entran por los extremos opuestos del intercambiador y fluyen en direcciones opuestas.En la distribucin en flujo cruzado de un solo paso, un fluido se desplaza dentro del intercambiador perpendicularmente a la trayectoria del otro fluido.En la distribucin en flujo cruzado de paso mltiple, un fluido se desplaza transversalmente en forma alternativa con respecto a la otra corriente de fluido.

Otra Clasificacin segn su aplicacin:

Para caracterizar los intercambiadores de calor basndose en su aplicacin se utilizan en general trminos especiales. Los trminos empleados para los principales tipos son:

Calderas: Las calderas de vapor son unas de las primeras aplicaciones de los intercambiadores de calor. Con frecuencia se emplea el trmino generador de vapor para referirse a las calderas en las que la fuente de calor es una corriente de un flujo caliente en vez de los productos de la combustin a temperatura elevada.

Condensadores: Los condensadores se utilizan en aplicaciones tan variadas como plantas de fuerza de vapor, plantas de proceso qumico y plantas elctricas nucleares para vehculos espaciales. Los tipos principales son los condensadores de superficie, los condensadores de chorro y los condensadores evaporativos.El tipo ms comn es el condensador de superficie que tiene la ventaja de que el condensado s recircula a la caldera por medio del sistema de alimentacin.

Torres de enfriamiento: Las torres de enfriamiento se han utilizado ampliamente para desechar en la atmsfera el calor proveniente de procesos industriales en vez de hacerlo en el agua de un ro, un lago o en el ocano. Los tipos ms comunes son las torres de enfriamiento por conveccin natural y por conveccin forzada.

En la torre de enfriamiento por conveccin natural el agua se pulveriza directamente en la corriente de aire que se mueve a travs de la torre de enfriamiento por conveccin trmica. Al caer, las gotas de agua se enfran tanto por conveccin ordinaria como por evaporacin. La plataforma de relleno situada dentro de la torre de enfriamiento reduce la velocidad media de cada de las gotas y por lo tanto aumenta el tiempo de exposicin de gotas a la corriente de aire en la torre.Se han construido grandes torres de enfriamiento del tipo de conveccin natural de ms de 90 m de altura para desechar el calor proveniente de plantas de fuerza. En una torre de enfriamiento por conveccin forzada se pulveriza el agua en una corriente de aire producida por un ventilador, el cual lo hace circular a travs de la torre. El ventilador puede estar montado en la parte superior de la torre aspirando as el aire hacia arriba, o puede estar en la base por fuerza de la torre obligando al aire a que fluya directamente hacia dentro.

Intercambiadores compactos de calorLa importancia relativa de criterios tales como potencia de bombeo, costo, peso y tamao de un intercambiador de calor vara mucho de una instalacin a otra, por lo tanto no es siempre posible generalizar tales criterios con respecto a la clase de aplicacin.Cuando los intercambiadores se van a emplear en la aviacin, en la marina o en vehculos aerospaciales, las consideraciones de peso y tamao son muy importantes. Con el fin de aumentar el rendimiento del intercambiador se fijan aletas a la superficie de menor coeficiente de transferencia de calor.Las dimensiones de la matriz del intercambiador as como el tipo, tamao y dimensiones apropiadas de las aletas varan con la aplicacin especfica. Se han diseado varios tipos que se han utilizado en numerosas aplicaciones.

Radiadores para plantas de fuerza espacialesLa remocin del calor sobrante en el condensador de una planta de fuerza que produce la electricidad para la propulsin, el comando y el equipo de comunicaciones de un vehculo espacial presenta problemas serios an en plantas que generan slo unos pocos kilovatios de electricidad.La nica forma de disipar el calor sobrante de un vehculo espacial es mediante la radiacin trmica aprovechando la relacin de la cuarta potencia entre la temperatura absoluta de la superficie y el flujo de calor radiante.Por eso en la operacin de algunas plantas de fuerza de vehculos espaciales el ciclo termodinmico se realiza a temperaturas tan altas que el radiador permanece al rojo. An as es difcil de mantener el tamao del radiador para vehculos espaciales dentro de valores razonables.

RegeneradoresEn los diversos tipos de intercambiadores que hemos discutido hasta el momento, los fluidos fro y caliente estn separados por una pared slida, en tanto que un regenerador es un intercambiador en el cual se aplica un tipo de flujo peridico. Es decir, el mismo espacio es ocupado alternativamente por los gases calientes y fros entre los cuales se intercambia el calor.

En general los regeneradores se emplean para recalentar el aire de las plantas de fuerza de vapor, de los hornos de hogar abierto, de los hornos de fundicin o de los altos hornos y adems en muchas otras aplicaciones que incluyen la produccin de oxgeno y la separacin de gases a muy bajas temperaturas.Para los intercambiadores estacionarios convencionales basta con definir las temperaturas de entrada y salida, las tasas de flujo, los coeficientes de transferencia de calor de los dos fluidos y las reas superficiales de los dos lados del intercambiador. Pero para los intercambiadores rotatorios es necesario relacionar la capacidad trmica del rotor con la de las corrientes de los fluidos, las tasas de flujo y la velocidad de rotacin.

El clculo de la superficie de intercambio

Cuando se debe elegir un determinado intercambiador es preciso tomar en cuenta una gran cantidad de factores que condicionan la decisin final sobre cual ha de ser el intercambiador, es decir de qu tipo y tamao. Para ello nos debemos ubicar en la posicin ideal de un ingeniero en total libertad de decisin que tiene que elegir en base a precio inicial y economa de operacin.

El primer paso necesario para esta decisin ha de ser recabar toda la informacin pertinente de los fluidos de intercambio: propiedades trmicas (calor especfico, viscosidad y conductividad), temperaturas y caudales.

El segundo paso ser calcular la superficie necesaria. Aqu es donde aparecen las complicaciones, porque cada tipo de intercambiador tiene mtodos de clculo diferentes, algunos bastante engorrosos. La causa de este problema es la siguiente.

La ecuacin del intercambio de calor es un simple balance de energa basado en el Primer Principio para sistemas abiertos, en el que se fijan las fronteras para que contengan slo al equipo de intercambio y se desprecian las contribuciones de energa cintica y potencial. El balance de energa mecnica orientado a calcular la resistencia del flujo suele hacerse por separado, y debe coincidir con el de energa trmica en cuanto a las condiciones de flujo. Podemos escribir la ecuacin bsica de balance del intercambio de calor en la siguiente forma general:Q U A t (18-1)Donde: U = coeficiente total de intercambio de calor.A = rea del intercambiador.t = diferencia de temperatura .efectiva.

Esta ecuacin es engaosamente simple, porque no toma en cuenta las diferentes geometras de los distintos equipos, que tienen una influencia enorme en la magnitud del intercambio de calor. Tampoco aparecen en ella las diferencias entre fluidos distintos, que sin duda tienen un comportamiento particular, ni el hecho de que pueda existir cambio de fase durante el intercambio (es decir, condensacin o ebullicin). Sin embargo, estas diferencias influyen en el clculo del coeficiente total U y de la diferencia de temperatura t.

De modo que si el ingeniero quiere tomar una decisin defendible tendr que calcular reas de intercambio para varios equipos de clases diferentes, lo que constituye una tarea difcil, engorrosa, tediosa y muy larga. Algunos mtodos de clculo son considerablemente elaborados, a menudo requieren aproximaciones sucesivas, y pueden causar error de clculo por su carcter complejo y repetitivo, ya que la probabilidad de error crece exponencialmente con la cantidad de operaciones. Para facilitar el trabajo se puede usar el mtodo aproximado que expondremos a continuacin, que si bien no da resultados exactos, permite tener una idea semi cuantitativa que nos orienta en la toma de decisiones.

Mtodo aproximado de clculo de la superficie de intercambio

En toda la discusin que sigue se usan unidades inglesas. El mtodo que se explica aqu se basa en las siguientes definiciones:

a) La ecuacin de intercambio de calor es la (18-1).b) El coeficiente total se define como sigue.

Donde: U = coeficiente total [BTU/hora/pie2/F].hi = coeficiente pelicular de conveccin del lado interno de la superficie [BTU/hora/pie2/F].ho = coeficiente pelicular de conveccin del lado externo de la superficie [BTU/hora/pie2/F].k = seudo coeficiente de conductividad del material de la superficie. Este seudo coeficiente incluye el espesor de material. Se define como el cociente del espesor y el verdadero coeficiente: k = e/k. [BTU/hora/pie2/F].e = espesor de material. [pies].F = factor o coeficiente de ensuciamiento que permite prever la resistencia adicional que ofrecer el sarro o incrustaciones al final del perodo de actividad (perodo que media entre dos limpiezas). [BTU/hora/pie2/F].

EJEMPLOUn radiador es un dispositivo intercambiador de calor. En el caso del auto puede llegar a tener hasta tres. Es el ms comn que se conoce, lleva el agua y sirve para intercambiar el calor que genera el motor por la combustin con el medio ambiente, el agua que circula por dentro del motor se calienta y va al radiador y all pierde temperatura para volver nuevamente a pasar por el motor volver a calentarse y luego volver al radiador (es un ciclo continuo que se repite). El motor radiador que se encuentra normalmente en los autos son los que tiene el aire acondicionado que son dos radiadores, uno es el denominado comnmente condensador y el otro es el denominado comnmente evaporador, pero ambos son radiadores, en el condensador el gas comprimido libera su alta temperatura para hacer el proceso frigorfico ms eficiente y en el evaporador el frio producido por la evaporacin del gas es aprovechado para ser enviado al interior del auto y refrigerar la cabina. Radiador de un automvil Bomba de agua y radiador

INTRODUCCION

La transferencia de calor se define por las funciones que desempea en un proceso. Los intercambiadores recuperan calor entre dos corrientes en un proceso. El vapor y el agua de enfriamiento son servicios y no se consideran en el mismo sentido que las corrientes de proceso recuperables. Los calentadores se usan primariamente para calentar fluidos de proceso, y generalmente se usa vapor con este fin. Los enfriadores se emplean para enfriar fluidos en un proceso, el agua es el medio enfriador principal. Los condensadores son enfriadores cuyo propsito principal es eliminar calor latente en lugar de calor sensible, Los hervidores tienen el propsito de suplir los requerimientos de calor en los procesos de destilacin como calor latente. los evaporadores se emplean para la concentracin de soluciones por evaporacin de agua. Si adems del agua se vaporiza cualquier otro fluido, la unidad es un vaporizador.

CONCLUSION

Los intercambiadores de calor son dispositivos que facilitan el intercambio de calor de dos fluidos que estn a temperaturas diferentes. Normalmente los intercambiadores de calor se usan en la prctica en una gama amplia de aplicaciones, para calentar y climatizar los sistemas. En un radiador de automvil, por ejemplo, el calor se transfiere del agua caliente que fluye a travs de los tubos del radiador al aire a travs de los platos delgados estrechamente espaciados fuera del haz de tubos.

El traslado de calor en un intercambiador de calor normalmente involucra la transmisin en cada fluido y conduccin a travs de la pared que separa los dos fluidos. En el anlisis de los intercambiadores de calor, es conveniente trabajar con un coeficiente de traslado de calor global U que responde de la contribucin de todo estos efectos en el traslado de calor. La proporcin de traslado de calor entre los dos fluidos a una situacin intercambiador de calor depende de la magnitud de la diferencia de temperatura a esa situacin que vara a lo largo del intercambiador de calor.

BIBLIOGRAFIA

Intercambiadores de calor . Cao.

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Manual del Ingeniero Qumico. R. H. Perry, editor.

Documento en lnea:

http://www.monografias.com/trabajos27/transferencia-calor/transferencia-calor.shtml#intercamb

Documento en lnea:

http://es.wikipedia.org/wiki/Intercambiador_de_calor"