external image images?q=tbn:ANd9GcQS2t0lF3i6K2H2UxZj7ZCFZnoJKy7g0wVtCxWLNYU5fBRFQelYdDNemTcAISLAMIENTO

Table of Contents


Es el método con el cual tratamos de aislar térmicamente una superficie, mediante la reducción de la transferencia de calor hacia o desde el ambiente, utilizando materiales aislantes o de baja conductividad térmica.

AISLAMIENTO TÉRMICO


Los aislamientos térmicos son materiales o combinaciones de estos que se usan para suministrar resistencia al flujo de calor. La mayor parte de ellos son materiales heterogéneos, los cuales tienen baja conductividad térmica y contienen bolsas de aire. Esto no es sorprendente, ya que el aire tiene una de las conductividades térmicas más bajas y se dispone de él con facilidad.

La fuerza impulsora para el flujo de calor es la diferencia de temperatura y entre más grande sea, mayor será la velocidad de transferencia de calor. Los aislamientos térmicos actúan como barreras que retardan el flujo de calor entre dos medio a diferente temperatura.

El calor se genera en hornos o calentadores al quemar un combustible como gas natural o diésel, que se absorbe en el hogar y sus superficies, lo cual causa una elevación por encima de la temperatura ambiente.
Los objetivos del aislamiento térmico son:
• Minimizar las pérdidas de energía por transferencia de calor hacia o desde el ambiente
• Proteger al personal y bienes
• Proteger el ambiente

Un material termoaislante posee una baja conductividad térmica y evita la pérdida o ganancia de calor de un equipo determinado (horno, caldera, refrigerador, entre otros), porque está compuesto de materiales básicos con un coeficiente de transmisión de calor bajo. La eficiencia de una aislante está relacionado de manera directa con su resistencia térmica, esta resistencia térmica es la relación existente entre el grosor del material aislante y la conductividad termica del material de acuerdo a la siguiente ecuación:



ecuación.JPG

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Un aislante térmico es un material usado en la construcción y la industria, caracterizado por su alta resistencia térmica. Establece una barrera al paso del calor entre dos medios que naturalmente tenderían a igualarse en temperatura, impidiendo que entre o salga calor del sistema. Uno de los mejores aislantes térmicos es el vacío, en el que el calor sólo se trasmite por radiación, pero debido a la gran dificultad para obtener y mantener condiciones de vacío se emplea en muy pocas ocasiones. En la práctica se utiliza mayoritariamente aire con baja humedad, que impide el paso del calor por conducción, gracias a su baja conductividad térmica ( La conductividad térmica es la característica que expresa la mayor o menor dificultad del material para permitir la transferencia de calor ), y por radiación, gracias a un bajo coeficiente de absorción.

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El aire sí transmite calor por convección, lo que reduce su capacidad de aislamiento. Por esta razón se utilizan como aislamiento térmico materiales porosos o fibrosos, capaces de inmovilizar el aire seco y confinarlo en el interior de celdillas más o menos estancadas. Aunque en la mayoría de los casos el gas encerrado es aire común, en aislantes de poro cerrado (formados por burbujas no comunicadas entre sí, como en el caso del poliuretano proyectado), el gas utilizado como agente espumante es el que queda finalmente encerrado. También es posible utilizar otras combinaciones de gases distintas, pero su empleo está muy poco extendido.
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Basándonos en estas definiciones, un aislamiento térmico representa primordialmente la economía, porque al evitar la transmisión de calor, se evita el paso de energía de un cuerpo a otro, en virtud de una diferencia de temperatura existente entre los mismos. Así mismo, un aislamiento térmico representa una inversión que se verá recuperada en un tiempo relativamente corto, con el ahorro energético que se obtendrá, y con la mejor eficiencia y funcionamiento de los equipos y maquinaria.
También un aislante térmico va a representar eficiencia de los equipos, porque al evitar pérdidas o ganancias de calor, se evita que los motores de los equipos trabajen a una mayor capacidad que la de operación. Lo anterior se puede observar fácilmente en un sistema de refrigeración, en el cual se busca conservar una determinada temperatura. Si el sistema no está aislado térmicamente se tendrá una ganancia de calor y para contrarrestar este fenómeno el compresor tendrá que estar trabajando contínuamente para poder mantener la temperatura que se requiere. Por lo tanto si se aísla térmicamente el sistema, se evitará la ganancia de calor y el trabajo contínuo o forzado del equipo.

Selección del material aislante


La conductividad térmica es bastante parecida entre los materiales aislantes, por lo que no es esta característica la principal diferencia entre ellos. La diferencia radica en sus características físico - químicas.
Por lo que se deben tener en cuenta lo siguiente.
• Las contracciones y dilataciones del aislante.
• Su resistencia al fuego.
• La acción de disolventes y agentes atmosféricos.
• Las solicitaciones mecánicas.
• Máxima temperatura de empleo.
Por último, un sistema termoaislante es una combinación de materiales que incorpora un material aislante, materiales de sujeción, barreras de vapor (para el caso de servicios a baja temperatura) y materiales de acabado, en el recubrimiento de equipos o tuberías.
Algunos factores que influyen en el rendimiento de los aislantes son:
  • La conductividad térmica
  • Espesor de aislamiento
  • Densidad
  • Capacidad de calor específico
  • Puentes térmicos

MATERIALES USADOS COMO AISLANTES

Se define así a aquellos materiales cuya principal característica física es su baja conductividad térmica.
Se usan como aislantes materiales porosos o fibrosos, capaces de inmovilizar el aire seco, capaces de inmovilizar el aire seco confinarlo en el interior. Los materiales usados son: corcho, celulosa, lana de roca, fibra de vidrio, lana natural de oveja, vidrio expandido o celular, poliestireno expandido, espuma celulosítica, film alveolar de polietileno (burbujas), espuma de poliuretano, etc. Existen algunos aislantes naturales, tal como lo explica la siguiente presentación:

Materiales aislantes naturales
















TÉCNICAS GENERALES DEL MONTAJE DE AISLAMIENTO


Existen variedad de técnicas de montaje de aislamiento, cuyas características difieren generalmente en la exigencia de la zona y condiciones climáticas, por lo que siempre es necesario evaluar la conveniencia o no de dichas recomendaciones con la finalidad de no incrementar los costos del aislamiento.

De acuerdo a lo mencionado se pueden encontrar normas elaboradas por empresas particulares o por entidades o asociaciones de fabricantes e instaladores. Entre las normas conocidas en nuestro medio estan las siguientes:

- Especificación de Construcción EC-N1 de Repsol S.A.
- Standard Specification 9-11-1 de la UOP.


Aislamiento de tanques y depósitos de almacenamiento


El aislamiento de tanques se debe efectuar con mantas en longitudes máximas, colocándose en sentido peimetral al máximo desarrollo.

Los separadores pueden ser del tipo de bulones, con el final de los mismos portando rosca, para fijar tuercas ciegas con ovalillos plásticos.
El recubrimiento, en forma trapezoidal del aluminio, en máximas longitudes colocadas en vertical.

Para el aislamiento de tanques y depósitos se recomienda lo siguientes:

A. El material aislante a utilizar debe ser en forma de bloques o paneles semirígidos o en en su defecto utilizar mantas reforzadas con malla galvanizada.

B. La fijación podrá ser con platinas distanciadoras y pines soldables. Con este sistema los pines soldados al tanque y el aislamiento se clava en dicho pines y se asegura con arandelas planas. Posteriormente se coloca la cobertura que se asegura con tornillos a las platinas distanciadoras.

C.Mediante Fijación con flejes y anillos distanciadores.
Mediantes este sistema el material aislantes es asegurado primero con flejes que son tensionados adecuadamente mediante el uso de resortes de expansión y posteriormente se coloca la cobertura que es asegurada a los anillos distanciadores previamente instalados mediante tornillos.

D.Cobertura
La cobertura podrá ser delisa u ondulada, aunque en algunos sistemas se demanda el uso de esta última.

Para el techo de tanques el sistema será similar al del casco pero el material aislante deberá ser más compacto y de mayor densidad. Se instalarán ángulos o zetas a lo largo del techo en donde será fijada la plancha de cobertura.

Esferas
El aislamiento de esferas presenta una doble atención: la colocación del material aislante y la del recubrimiento (con sus elementos de soporte especiales).
El material aislante empleado normalmente suele ser de alta densidad o rígido, ya que estos elementos trabajan a bajas temperaturas (por debajo de 0°C).
Es necesaria la desoxidación de las partes metálicas de la esfera donde ha de colocarse el adhesivo, para conseguir su garantí de pegado. (Margarida, M. 1984)

Aislamiento térmico de tuberías con fluidos calientes

En el aislamietno de tuberías se emplean coquillas, cuyo diámetro interior corresponde con el exterior de la tubería a aislar, y cuyo espesor será el determinado en el cálculo. (Margarida, M. 1984)
Partes Fijas: Se denomina parte fija a aquella zona en la que, aunque en principio todo aislamiento térmico es recuperable, no es todo él desmontable; por lo tanto, se trata de aislamiento térmico estático inamovible.
Las coquillas se deben colocar siempre de manera que sus bordes se toquen con cierta presión, para que las juntas lineales de los mismos no formen un puente térmico por carecer de aislamiento.
Análogamente, en el supuesto de tener que colocar varias capas, se deben disponer de igual forma las juntas de los elementos consecutivos.
Estas coquillas se fijan a las tuberías por medio de cintas de aluminio (aunque en la práctica se emplea alambre de hierro galvanizado, que puede ir cortando la coquilla con el tiempo), que con hebillas finales pueden dar el apriete necesario. (Margarida, M. 1984)


EQUIPOS DE TRANSMISIÓN DE CALOR


En los bioreactores, los equipos de transmisión de calor están dispuestos de tal manera que permiten la transmisión de calor entre líquidos pero sin entrar en contacto uno con otro; el la mayoría de intercambiadores de calor, el calor se transmite a través de las paredes de metal que separan las corrientes de fluido; se debe colocar la suficiente superficie para alcanzar la velocidad de transmisión de calor deseada, a la vez que se facilita dicha transmisión mediante agitación y flujo turbulento de los fluidos.

INTERCAMBIADOR DE CALOR
Un 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.

Un intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para transferir calor entre dos medios, que 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.

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Fig 1: Intercambiador de calor

Fig: Intercambiador de calor construido
Fig: Intercambiador de calor construido



EFECTIVIDAD DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR


La efectividad de transferencia de calor se define como la razón de la transferencia de calor lograda en un intercambiador de calor a la máxima transferencia posible, si se dispusiera de área infinita de transferencia de calor. A la mayor razón de capacidad se le designa mediante C y a la menor capacidad mediante c. En el caso del contraflujo, es aparente que conforme se aumenta el área del intercambiador de calor, la temperatura de salida del fluido mismo se aproxima a la temperatura de entrada del fluido máximo en el limite conforme el área se aproxima al infinito.

En el caso del flujo paralelo, un área infinita solo significa que la temperatura de ambos fluidos sería la lograda si se permitiera que ambos se mezclaran libremente en un intercambiador de tipo abierto. Para dichos cálculos se encuentran expresiones aritméticas que expresan las transferencia de calor lograda por diferentes tipos de intercambiadores de calor.

Las aplicaciones de los intercambiadores de calor son muy variadas y reciben diferentes nombres:

  • Intercambiador de Calor: Realiza la función doble de calentar y enfriar dos fluidos. Para la clasificación de los intercambiadores de calor existen tres categorías importantes:

  • Regeneradores: Son intercambiadores en donde un fluido caliente fluye a través del mismo espacio seguido de uno frío en forma alternada, con tan poca mezcla física como sea posible entre las dos corrientes. La superficie, que alternativamente recibe y luego libera la energía térmica, es muy importante en este dispositivo. Las propiedades del material superficial, junto con las propiedades de flujo de fluido de las corrientes fluidas, y con la geometría del sistema, son cantidades que deben conocerse para analizar o diseñar los regeneradores.
  • Intercambiadores de tipo abierto:Son dispositivos en los que las corrientes de fluido de entrada fluyen hacia una cámara abierta, y ocurre una mezcla física completa de las corrientes. Las corrientes caliente y fría que entran por separado a este intercambiador salen mezcladas en una sola. El análisis de los intercambiadores de tipo abierto involucra la ley de la conservación de la masa y la primera ley de la termodinámica; no se necesitan ecuaciones de relación para el análisis o diseño de este tipo de intercambiador.Intercambiadores de tipo cerrado o recuperadores: Son aquellos en los cuales ocurre transferencia de calor entre dos corrientes fluidas que no se mezclan o que no tienen contacto entre sí. Las corrientes de fluido que están involucradas en esa forma están separadas entre sí 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 convección desde el fluido más cliente a la superficie sólida, por conducción a través del sólido y de ahí por convección desde la superficie sólida al fluido más frío.

  • Condensador: Condensa un vapor o mezcla de vapores.
  • Enfriador: Enfría un fluido por medio de agua.
  • Calentador: Aplica calor sensible a un fluido.
  • Rehervidor: Conectado a la base de una torre fraccionadora proporciona el calor de ebulición que se necesita para la destilación.
  • Vaporizador: Un calentador que vaporiza parte del líquido


Disposición de las corrientes


Existen dos disposiciones de las corrientes dentro de un intercambiador de calor:
  • Contracorriente: los fluidos entran por sitios opuestos y pasan en direcciones opuestas. El fluido frío se encuentra con el fluido caliente justo a la salida, es decir, el fluido frío a su menor temperatura se encuentra con el fluido caliente a su menor temperatura.

  • Corrientes paralelas: ambos fluidos entran por el mismo lado del equipo y fluyen en la misma dirección hasta el final.

Contracorriente
Contracorriente
Corrientes Paralelas
Corrientes Paralelas


De acuerdo a la disposición de corrientes y a las temperaturas de dichas corrientes en un intercambiador de calor se puede deducir la diferencia media logaritmica de temperaturas (LMTD por sus siglas en inglés) esta término es basico al momento de realizar un diseño de intercambiadores de calor.
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Diferencia media logarítmica de temperatura
Analicemos la diferencia operativa de temperatura en un intercambiador en el que hay una disposición en contracorriente pura.
Cuando se grafica la temperatura en función de la longitud del intercambiador se pueden dar dos situaciones típicas. En la primera ambas temperaturas, t (la temperatura del fluido frío) y T (temperatura del fluido cálido) varían simultáneamente; t lo hace creciendo desde t1 hasta t2 y T disminuyendo desde T1 hasta T2 (Rodriguez, 2010).
Esta situación es la que describe el intercambio de calor sin cambio de fase de ninguna de las dos corrientes. La figura de la izquierda ilustra este caso, en tanto que a la derecha observamos la figura que representa la disposición de corrientes paralelas (Rodriguez, 2010).
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En la otra situación que se puede dar en contracorriente uno de los dos fluidos experimenta un cambio de fase y su temperatura permanece constante durante todo el proceso o en una porción del mismo. La siguiente figura ilustra el caso de vapor de agua que se condensa intercambiando calor con agua que se calienta desde la temperatura ta1 hasta ta2 en tanto que la temperatura del vapor permanece constante (Rodriguez, 2010):

Img1.png


En cualquiera de los dos casos, la variación de una o ambas temperaturas puede ser lineal, pero lo habitual es que no lo sea. En cualquier segmento de longitud .dx. del intercambiador situado a una distancia x del origen se verifica que (despreciando pérdidas y suponiendo que el coeficiente global de intercambio de calor U. sea constante) la cantidad de calor intercambiada es (Rodriguez, 2010):

δQ = U(T . t)a dx (I)

Donde .a. es la por unidad de longitud, es decir que: a dx = dA.
Además:

δQ = W C dT = w c

W y w son los caudales másicos del fluido cálido y frío respectivamente, y C y c son sus respectivos calores específicos.
Realizando una integración de la segunda ecuación desde x = 0 hasta x = L tenemos:

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Sustituyendo T en (I) tenemos:

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Reordenando la anterior de modo que todos los términos que contienen .t. queden de un lado y los que contienen .L. queden del otro tenemos:

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Integrando:

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Esta expresión se simplifica a:
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Operando un poco finalmente se deduce que:

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Donde:

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El término entre paréntesis se suele llamar diferencia media logarítmica de temperatura y se abrevia MLDT.
Esta expresión es la misma para flujo paralelo y en contracorriente. Mostraremos que el más eficaz es el que presenta mayor diferencia de temperatura MLDT para las mismas condiciones (Rodriguez, 2010).

Ejemplo.- Cálculo de la diferencia media logarítmica de temperatura

Calcular la MLDT para las siguientes condiciones: temperatura de entrada del fluido cálido T1=300, temperatura de salida del fluido cálido T2=200, temperatura de entrada del fluido frío T1=100, temperatura de salida del fluido frío T2=150.


Solución:
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Clasificación de Intercambiadores de Calor

El intercambiador de calor es uno de los equipos industriales más frecuente. Prácticamente no existe industria en la que no se encuentre un intercambiador de calor, debido a que la operación de enfriamiento o calentamiento es inherente a todo proceso que maneje energía en cualquiera de sus formas.

Existe mucha variación de diseños en los quipos de intercambio de calor. En ciertas ramas de la industria se han desarrollado intercambiadores muy especializados para ciertas aplicaciones puntuales. Tratas todos los tipos sería imposible, por la cantidad y variedad de ellos que se puede encontrar.

En forma general, podemos clasificar a los intercambiadores de calor según el tipo de superficie:


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USOS DE LOS INTERCAMBIADORES


Son diversos los usos que se le pueden acreditar a cada uno de los tipos de intercambiadores existentes, pero en general, los intercambiadores son usados para recuperar calor entre dos corrientes en un proceso. Por ejemplo para algunos de los intercambiadores más usados actualmente, algunos de los usos que se conocen son los siguientes:

Intercambiadores de tubos lisos rectos

Los intercambiadores de tubos lisos rectos son los más abundantes. La causa de su generalización es su flexibilidad. Pueden ser de doble tubo o de haz de tubos y coraza.

Intercambiadores de serpentines sumergidos


Los intercambiadores de serpentín se usan en casos en que no hay tiempo o dinero para adquirir un quipo comercial, ya que son fáciles de construir en un taller. Al ser fácilmente removibles y transportables se usan mucho para instalaciones provisorias. El rendimiento del intercambiador es bueno y son fáciles de limpiar exteriormente. La limpieza interior generalmente no es problema, ya que la aplicación más frecuente es para calentamiento, generalmente con vapor. El vapor no ensucia, pero es bastante corrosivo.

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Figura No.2 Intercambiador de serpentín sumergido

Intercambiadores con superficies extendidas


Después de los intercambiadores de tubos lisos rectos son los más frecuentes. Existen muchos medios para aumentar la superficie de intercambio, el usado más a menudo son las aletas. Estas pueden ser transversales o longitudinales, según que el plano de las aletas sea normal al eje central del tubo o pase por el mismo.

Intercambiador de superficies extendidas
Intercambiador de superficies extendidas

Intercambiadores de placa


Un intercambiador placa consiste en una sucesión de láminas 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 así sucesivamente. Se trata de quipos muy fáciles de desarmar para su limpieza. En la disposición más simple hay sólo dos corrientes circulando y su calculo en relativamente sencillo.






























Intercambiadores compactos


Los intercambiadores compactos han sido desarrollados muy específicos y no son habituales. Existen muchísimos diseños distintos, para lo que no hay ninguna metodología general. Cada fabricante tiene sus diseños y métodos de cálculo propios. Para imaginar un intercambiador compacto supongamos tener una corriente de gas a elevada temperatura 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 cálculo de este intercambiador es relativamente simple. Otras geometrías más complejas requieren métodos de cálculo muy elaborados.


Aletas de Enfriamiento


Cuando se trata de intercambio de calor por convección el area de transferencia de calor es muy importante, a mayor área mejor será la transferncia de calor. para incrementar dicha área se implemento el añadir en los cuerpos aletas de enfriamiento.

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Existen varios tipos de aletas de enfriamiento dependidendo de su geometría, de acuerdo a la forma de esta el área efectiva de transferencia de calor también varía por lo que el uso de uno u otra aleta dependería de la aplicación que esta vaya a tener.
Tipos de aletas.JPG


A) Aleta recta de sección transversal uniforme
B) Aleta recta de sección transversal no uniforme
C) Aleta anular
D) Aleta de aguja

Cada una de estas aletas tiene una ecuación característica con la cual se puede determinar la transferencia de calor provocada por la aleta y también la distribución de temperaturas a lo largo de la misma a continuación se muestra una tabla en la que se expresan dichas ecuaciones:


Ecuacion de aletas.JPG


Desempeño de la aleta
Efectividad de la aleta: es la relación que existe entre el flujo de calor de la aleta y el flujo de calor que habría si la aleta no estuviera presente

Efectividad.JPG

Eficiencia de la aleta: Es la relación entre el flujo de calor de la aleta y el flujo de calor máximo posible, es decir el flujque existiría si toda la superficie de la aleta se encontraría a la temperatura de la base.


Eficiencia.JPG
Curvas de eficiencia de Aletas:
Efectividad Aletas sup extendida.JPG

Efectividad 2.JPG

Aplicaciones de la aletas de enfriamiento

Las aletas de enfriamiento son un modo económico facil y rapido para transferir calor es por esto que se utiliza en varias aplicaciones:

  • Motores pequeños (motocicletas)
  • Escapes
  • Circuitos electricos
  • Motores eléctricos
  • Radiadores de autos

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Chaquetas

Menos eficientes que los serpentines, mas caros y resultan bastante difíciles de limpiar mecánicamente porque el acceso al interior de la camisa es complicado; en comparación a los serpentines, las camisas son una pobre elección; un serpentín de la misma superficie que una chaqueta tiene un intercambio de calor mayor.

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ENFRIADORES DE CASCADA


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 película.

INTERCAMBIADORES COMPACTAS DE PLACAS SOLDADAS


  • Para uso de Refrigeración: como Evaporadores, Condensadores, Subenfriadores, Desupercalentadores y Evaporadores de Cascada/Condensadores.
  • Para Procesos tales como :
    • Calentadores mediante vapor
    • Condensador de vapor
    • Enfriadores de Nitrógeno Líquido
    • Enfriadores de Aciete Hidráulico, etc


INTERCAMBIADORES DE CASCO Y TUBOS


Tenemos los siguientes:
  • Vapor / Agua, para condensar vapor y / o calentar agua.
  • Aceite / Agua, para enfriar aceite en sistemas de lubricación o hidráulicos y transformadores electricos.
  • Vapor / Combustóleo, para calentar combustóleo en tanques de almacenamiento, fosas de recepción y estaciones de bombeo.
  • Aire / Agua, para enfriar aire como Post-enfriadores de compresor de aire
  • Refrigerante / Agua, para condesar refrigerantes.
  • Intercambiadores de calor para procesos químicos y/ o petroquímicos; fabricados en acero al carbón, acero inoxidable y / o aceros especiales.


INTERCAMBIADORES DE CORAZA Y TUBO
Los intercambiadores del tipo de coraza y tubo constituyen la parte más importantes de los equipos de transferencia de calor sin combustión en las plantas de procesos químicos. (aun cuando se está haciendo cada vez mayor hincapié en otros diseños).
En general, el intercambiador coraza (carcaza) y tubo, consiste en una serie de tubos lineales colocados dentro de un tubo muy grande llamado coraza (como se aprecia en la figura anterior) y representan la alternativa a la necesidad de una gran transferencia de calor.
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Dentro de este tipo de intercambiadores (de coraza y tubo), dependiendo a su construcción se puede conseguir diferentes tipos como los son:

INTERCAMBIADOR DE CALOR DE ESPEJO FIJO
Los intercambiadores de espejo fijo se utilizan con mayor frecuencia que los de cualquier otro tipo y la frecuencia de su utilización se ha incrementado en años recientes. Los espejos se sueldan a la coraza. Por lo común, se extienden más allá de la coraza y sirven como bridas a la que sujetan como pernos los cabezales del lado de los tubos. Esta construcción requiere que los materiales de la coraza y los espejos se puedan soldar entre sí.
ESPEJO.JPG


INTERCAMBIADOR DE CALOR DE TUBO EN U

El haz de tubos consiste en un espejo estacionario, tubos en U (o de horquilla), deflectores o placas de soporte y espaciadores y tirantes apropiados. El haz de tubos se puede retirar de la coraza del intercambiador de calor. Se proporciona un cabezal del lado del tubo (estacionario) y una coraza con cubierta integrada, que se suelda a la coraza misma. Cada tubo tiene la libertad para dilatarse o contraerse, sin limitaciones debidas a la posición de los otros tubos. (los rehervidores de calderas, los evaporadores, etc., son con frecuencia intercambiadores de tubo en U con secciones ampliadas de la coraza para la separación del vapor y el líquido).
U.JPG


INTERCAMBIADOR DE DOBLE TUBO

  • Adecuado para trabajar en aplicaciones líquido-líquido y en general para los procesos donde los intercambiadores de placas no se puedan utilizar.
  • Industrias Alimentaria, Química, Petroquímica, Farmacéutica, etc.

Este tipo de cambiador de calor está formado por uno o más tubos pequeños contenidos en un tubo de diámetro más grande. Al tubo externo se le llama anulo. ( en las siguientes figuras se ejemplifica este tipo de intercambiador )

DOBLE.JPG

En este video se puede observar una simulación de este tipo de intercambiadores de calor:


Al final se puede acotar con un video que ecuaciones utilizar en el diseño térmico de cualquier tipo de intercambiador de calor:
















EL CÁLCULO 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 decisión final sobre cuál ha de ser intercambiador, es decir de qué tipo y tamaño. Para ello nos debemos ubicar en la posición ideal de un ingeniero en total libertad de decisión que tiene que elegir en base a precio inicial y economía de operación.

El primer paso necesario para esta decisión ha de ser recabar toda la información pertinente de los fluidos de intercambio: propiedades térmicas (calor específico, viscosidad y conductividad), temperaturas y caudales.

El segundo pase será calcular la superficie necesaria. Aquí es donde aparecen las complicaciones, porque cada tipo de intercambiador tiene métodos de cálculo diferente, algunos bastante engorrosos. La causa de este problema es la siguiente.

La ecuación del intercambio de calor es un simple balance de energía basado en el Primer Principio para sistemas abiertos, en el que se fijan las fronteras para que contengan sólo el equipo de intercambio y se desprecian las contribuciones de energía cinética y potencial. El balance de energía mecánica orientado a calcular la resistencia del flujo suele hacerse por separado, y debe coincidir con el de energía térmica en cuanto a las condiciones de flujo.

Podemos escribir la ecuación básica de balance del intercambio de calor con la siguiente forma general:

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Esta ecuación es engañosamente simple, porque no toma en cuenta las diferentes geometrías de los distintos equipos, que tiene una influencia enorme en la magnitud del intercambio de calor. Tampoco aparecen en ella las diferencias entre fluidos distintos, que sin duda tiene un comportamiento particular, ni el hecho de que pueda existir cambio de fase durante el intercambio (es decir, condensación o ebullición). Sin embargo, estas diferencias influyen en el cálculo del coeficiente total U y de la diferencia de temperatura ∆T.

De modo que si nuestro ingeniero quiere tomar una decisión defendible tendrá que calcular áreas de intercambio para varios equipos de clases diferentes, lo que constituye una tarea difícil, engorrosa, tediosa y muy larga. Algunos métodos de cálculo son considerablemente elaborados, a menudo requieren aproximaciones sucesivas, y pueden causar error de cálculo por su carácter complejo y repetitivo, ya que la probabilidad de error crece exponencialmente con la cantidad de operaciones.


















Referencias:

http://www.buenastareas.com/ensayos/Aplicaciones-De-Transferencia-De-Calor/2637683.html