Tema 7 - Intercambiadores de Calor

Intercambiadores de Calor

BIBLIOGRAFIA

Procesos De Transporte Y Operaciones Unitarias - C. J. Geankoplis

Fundamentos de Transferencia de Calor - Frank P. Incropera & David P. DeWitt

Transferencia de Calor - J. P. Holman

Transferencia de Calor – Cengel y Yunus

Intercambiadores de calor

pA

pB

pApBmL

ΔT

ΔTLn

ΔTΔTΔT

Tc

TpA

Tc

TpB

dx

L

m

m

TdxL

AUQ

L

A

dx

dATdAUQ

pApBp

B

Apppp

ppcpppp

TTcmTdcmQTdcmQd

dTTdTTTdTcmQd

ppA

pB

pp

cm

UA

T

Tln

dxcmL

UA

T

TdTdcmTdx

L

AU

mLpApB

pA

pB

pA

pBp

pApBp

TAUTT

T

Tln

UAQ

T

Tln

UAcm

TTcmQ

Intercambiadores de calor

Fluidos en contra-corriente

T2

t1

T1

t2

Fluidos en co-corriente T1

t1

T2

t2

Longitud del tubo

INTERCAMBIADORES DE CALOR

-Introducción. Clasificación

-Intercambiadores de recuperación

-Métodos de dimensionamiento térmico

Método del factor de corrección (F) Método E-NTU

-Intercambiadores de placas

Objetivo: Que seamos capaces de dimensionar un intercambiadorpara un proceso determinado y analizar su funcionamiento.

CLASIFICACIÓN DE INTERCAMBIADORES

Según el proceso de transferencia:- Contacto directo- Contacto indirecto- Transferencia directa- Con almacenamiento- Lecho fluidoSegún su construcción:- Tubular- Doble tubo- Carcasa y Tubos- Flujo cruzado- Espiral- Placas- Superficie aleteada (tubular o de placas)- Regenerativo- Estático- DinámicoSegún la compacidad:- Compactos ( )- No compactos ( )

Según la disposición de flujos:- Paso único- Equicorriente- Contracorriente- Cruzado- Paso múltipleSegún el mecanismo de transferencia:- Convección / Convección- Convección / Cambio de fase- Cambio de fase / Cambio de fase- Convección / RadiaciónSegún la aplicación:- Economizadores, precalentadores, recuperadores- Hornos- Generador de vapor- Evaporadores, condensadores, torre de refrigerigeración.- Colector solar- Heat-pipe

Clasificación de los IntercambiadoresClasificación de los Intercambiadores

De recuperación: transmiten calor entre fluidos a través de una pared que los separa.

De regeneración: dispositivos en los que una masa sólida es bañada alternativamente por un fluido caliente y frío, sin mezcla entre ambos fluidos. La transferencia de calor se realiza por sucesivos almacenamientos y desprendimientos de calor desde la masa sólida.

De mezcla: En este tipo de intercambiadores existe una mezcla entre los fluidos frío y caliente, produciéndose tanto una transferencia de calor como de masa. Un ejemplo típico de este tipo de intercambiadores son las torres de enfriamiento.

De lecho fluido: Como en el caso anterior existe contacto entre los fluidos, sin embargo uno de dichos fluidos es un sólido finamente dividido a través del cual se hace pasar una corriente de otro fluido.

De llama directa: El aporte principal se realiza por radiación emitida desde una llama directa a un fluido canalizado. Es el caso de las calderas.

Intercambiadores de recuperación

Intercambiador Carcasa-Tubos (mixto)Intercambiador Carcasa-Tubos (mixto)

Generador de vapor

Intercambiador tubular

Calentador de fuel oil

Intercambiador de calor de tubo y coraza

Intercambiadores de calor compactos

Cubiertas de intercambiadores de calor compactos

Intercambiador compacto, tipo espiral para alta presión (40 barg). Dimensiones 3.3 m de altura y 45 Tm de peso.

Intercambiadores de regeneración

Intercambiadores de Mezcla (tiro Natural)

Intercambiador de mezcla (tiro forzado-inducido)

Intercambiadores de llama directa

Esquema de un autoclave (Steriflow)

Distribución de H2O Cestas

Puerta de acceso

manual ó mecánica

Intercambiador de placas

Bomba de reciclaje del H2O de esterilización

H2O reposición

Válvula manual de vaciado

Agua

Aire

Vapor

Agua de refrigeración

Agua de refrigeración ó vapor

Intercambiadores de lecho fluido:

Como en el caso anterior existe contacto entre los fluidos, sin embargouno de dichos fluidos es un sólido finamente dividido a través del cual se hace pasar una corriente de otro fluido.

Lecho fluido

Un último caso de intercambiadores englobaría a dispositivos de un único fluido al que se adiciona la potencia térmica suministrada por generación de calor, como puede ser el caso de los reactores nucleares o los calentadores eléctricos por efecto joule

Intercambiador de carcasa y tubos

Intercambiador 1-2t1 T2

t2 T1

t

T2

t

T1

t2

t1

Longitud del tubo

Temperatura

Usos

•Calentamiento

•Evaporación

Corrientes Cruzadas

Equipos y aparatos discontinuos

• Calentamiento/ enfriamiento por camisa• U del orden de 250( pastas)- 1500(agua, eb.)

• Ídem por serpentín inmerso en el fluido

• Mayores áreas de transferencia• Mayores coeficientes de transferencia• U del orden de 250 – 3000 kcal/ m2 h ºC

Conocemos por ejemplo el [Qc, Tce] y queremosuna Tcs dada. Para ello utilizamos un fluido fríodel cual conocemos Tfe

Variables: Qf o Tfs

qT = U · S · ΔT* INCREMENTO DE TEMPERATURAS MEDIO??

COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA??

COEFICIENTE GLOBAL

Cilindro, referido al radio externo

ii

e

i

ee

e

e

hr

r

r

r

k

r

h

U1

.ln1

1

INCREMENTO DE TEMPERATURAS LOGARÍTMICO MEDIO. CONCEPTO

lnTT

T .S Uln

).(S U T

T

TTT

q

e

s

es

La diferencia de temperaturas logarítmica media secorresponde con un salto constante de temperaturas entrelos fluidos, a lo largo de la totalidad del intercambiador,que produciría el mismo intercambio de potenciacalorífica que el intercambiador sujeto a estudio.

11.1

11.2 Coeficiente global de transferencia de calor

1 1 1

1 1 1

0 0 0 0

UA U A U Ac c h h

'' ''R Rf,c f ,hRwUA ( hA) ( A) ( A) ( hA)c c h h

Fluido

Agua de mar y agua tratada para alimentación de una caldera (por debajo de 50 ºC)

0.0001

Agua de mar y agua tratada para alimentación de una caldera (por arriba de 50 ºC)

0.0002

Agua de río (por debajo de 50 ºC) 0.0002 – 0.001

Aceite de motor 0.0009

Líquidos refrigerantes 0.0002

Vapor (no aceitoso) 0.0001

El coeficiente global de transferencia de calor se puede expresar como:

Tabla 11.1 Factores de impureza representativos

Rf’’

11.5

tanh(mL)

f mL

La cantidad η0 se denomina eficiencia superficial global efectiva de la temperatura de una superficie con aletas. Se define de modo que, la transferencia de calor es:

1 1 1= =

UA U A U Ai i o o

'' ''R Rln(D /D )1 1 1f,i f,oo i= + + + +

UA h A A 2 kL A h Ai i i o o o

0 q hA(T - T )b

fA1 (1 )

A η η0 f

Con:

Si se emplea una aleta recta o de alfiler de longitud L, y se supone extremo adiabático:

donde m = (2h/kt)1/2 y t el espesor de la aleta.

Para los intercambiadores de calor tubulares, sin aletas, la ecuación 11.1 se reduce a:

donde Ai = DiL y Ao = DoL

Tabla 11.2 Valores representativos del coeficiente global de transferencia de calor

11.3 Análisis térmico de un intercambiador de calor

El objetivo de un análisis térmico en un intercambiador de calor es el de ser capaces de expresar el calor transferido, q, del fluido caliente al fluido frío, en términos del coeficiente global de transferencia de calor. El área de transferencia de calor A, y las temperaturas de entrada y salida de los fluidos caliente y frío.

Combinación de fluidos U [W/m2.K]

Agua con agua 850 - 1700

Agua con aceite 110 - 350

Condensador de vapor (agua en tubos) 1000 - 6000

Condensador de amoníaco (agua en tubos) 800 - 1400

Condensador de alcohol (agua en tubos) 250 - 700

Intercambiador de calor de tubos con aletas (agua en tubos, aire en flujo cruzado)

25 - 50

q m (i - i )h h,i h,o

q m (i - i )c c,o c,i

q m c (T - T )h p,h h,i h,o

q m c (T - T )c p,c c,o c,i

Para la transferencia total de calor entre los fluidos caliente y frío podemos plantear un balance de energía global. Si la pérdida del intercambiador con los alrededores es despreciable, así como los cambios de energía potencial y cinética, este da por resultado:

donde i específica es la entalpía del fluido.

Si los fluidos no experimentan cambio de fase y se suponen calores específicos constantes, estas expresiones se pueden escribir como

Se desea obtener una expresión que relacione el calor total transferido en el intercambiador con la diferencia de temperatura entre los fluidos caliente y frío

q UA Tm

Existen dos metodologías de análisis térmico de intercambiadores de calor:

1- Método F-DTML

2- Método ε-NUT

11.3.1 Análisis del intercambio de calor: Método de la diferencia de temperatura media logarítmica, F – DTML

La forma de Tm se puede determinar mediante la aplicación de un balance de energía para elementos diferenciales de fluidos caliente y frío. Los balances de energía y análisis subsecuentes están sujetos a las siguientes suposiciones simplificadoras:

1- El intercambiador de calor está aislado

2- La conducción axial a lo largo de los tubos es insignificante

3- Los cambios de energía cinética y potencial son despreciable

4- Los calores específicos y el coeficiente global de transferencia de calor son constantes

Considerando un intercambiadores de calor de contraflujo o contra-corriente

h c

d( T) dT dT

1 1

c hd( T) dq

C C

dq m c dT C dTh p,h h h h

dq m c dT C dTc p,c c c c

ΔT T -Th c

Al aplicar un balance de energía a cada uno de los elementos diferenciales de la figura, se tiene

donde Ch y Cc son las capacitancias térmicas de los flujos caliente y frío, respectivamente.

La transferencia de calor a través del área superficial dA también se puede expresar como

dq U TdA

Sustituyendo dTh y dTc de las expresiones anteriores

Reemplazando dq e integrando a lo largo del intercambiador, entre los extremos 1 y 2

2 2

1 1

1 1

c h

d( T)U dA

C CT

1 12

1

c h

Tln UA

C CT

2

1

c,o c,i h,i h,o

h,o c,i h,i c,o

T T T TT UAln UA T T T T

q q qT

1 1

2 2

1

2

h, c, h,i c,o

h, c, h,o c,i

T T T T T

T T T T T

Sustituimos ahora Ch y Cc de los balances globales para cada fluido

Para un intercambiador en contraflujo las diferencias de temperaturas en los puntos extremos son

Con lo que la expresión anterior queda

11.15

11.14

2 1 1 2

2 1

1 2

T T T TTml T T

ln lnT T

q UA Tml

2 1

2

1

T Tq UA

Tln

T

Podemos concluir que la diferencia de temperatura media apropiada es la diferencia de temperatura media logarítmica Tml. En consecuencia podemos escribir

donde

Tml,CF > Tml,FP

Comparando las diferencias de temperaturas medias logarítmicas para intercambiadores de calor de tubo y coraza de flujo paralelo y contraflujo vemos que

11.3.3 Condiciones especiales de operación

Figura 11.9 Condiciones especiales de intercambiadores de calor

a) Ch >> Cc o vapor que se condensa, Ch

b) Líquido que se evapora Ch << Cc o Cc

c) Intercambiador de calor en contraflujo con capacitancias térmicas de flujo equivalentes Ch = Cc

1 x 2

T

a)

1 x 2

T

b)

1 x 2

T

c)

Para el caso especial en que Ch = Cc. La diferencia de temperaturas T debe entonces ser una constante a través del intercambiador, en cuyo caso T1 = T2 = Tml

EFICIENCIA EN RECUPERADORES

La eficiencia en intercambiadores se define como la relación entre la potencia realmente intercambiada y la que se transferiría en caso detrabajar, con los mismos niveles térmicos, en un intercambiador ideal.La disposición tomada como “ideal” se corresponde con la de un intercambiador en contracorriente de superficie infinita.

INTERCAMBIADORES DE FLUJO CRUZADO. Enfriadores de aire

• Los enfriadores de aire (en general de flujo cruzado) son una alternativa a los enfriadores de agua (normalmente de carcasa - tubos).

• Su utilización es universal incluyendo refinerías (toda la industria del petróleo), centrales termoeléctricas, y plantas de climatización y refrigeración.

ENFRIADORES DE AIRE

• Ventajas:– La temperatura puede ser controlada usando compuertas o por acción sobre ventiladores.– Elimina el alto coste del agua, incluyendo el de su tratamiento.– No poluciona los recursos hídricos.– Su ubicación no depende del suministro de agua.

• Inconvenientes:– Requieren un mayor espacio de ocupación.– Es posible la recirculación de aire caliente.– Son mas ruidosos.

ENFRIADORES DE AIRE

Tiro forzado• El ventilador se localiza por debajo de los bancos detubos.

• Ventajas:– Alta turbulencia, lo que conduce a una mayortransferencia de calor y menor coste.

• Inconvenientes:– Bajas velocidades de salida en la corriente de aire, loque da mayores problemas de recirculación.

ENFRIADORES DE AIRE

Tiro Inducido• El ventilador se localiza por encima de los bancos detubos.

• Ventajas:– Menor potencia requerida de circulación.– Menores problemas de recirculación de airecaliente.

• Inconvenientes:– Mayor coste– Mas ruidosos.

MÉTODOS DE DIMENSIONADO TÉRMICO

Método el factor de corrección “F” del incremento de temperaturas logarítmico medio, respecto a la disposición en contracorriente.

Método “ε - NTU”, basado en el concepto de eficiencia térmica de un intercambiador.

Figura 11.10 Factor de corrección para un intercambiador de calor de coraza y tubo con un paso por coraza y cualquier múltiplo de dos pasos por tubos (dos, cuatro, etc.)

Figura 11.11 Factor de corrección para un intercambiador de calor de coraza y tubo con dos pasos por coraza y cualquier múltiplo de dos pasos por tubos (dos, cuatro, etc.)

Figura 11.12 Factor de corrección para un intercambiador de calor de un solo paso en flujo cruzado con ambos fluidos no mezclados.

Figura 11.13 Factor de corrección para un intercambiador de calor de un solo paso en flujo cruzado con un fluido mezclado y el otro sin mezclar.

MÉTODO DEL FACTOR "F“

Observaciones

De las gráficas del factor “F”, se desprenden las siguientes consideraciones:

•Las gráficas sólo contabilizan valores superiores al valor 0,5. Esto se debe a que valores inferiores a este límite conducirían aequipos de débiles prestaciones térmicas.•Con el método del factor “F” resulta indiferentes por que canal circulan los fluidos frío y caliente.

Ejemplo 11.1

Un intercambiador de tubos concéntricos en contraflujo se usa para enfriar el aceite lubricante del motor de una turbina de gas industrial grande. El flujo del agua de enfriamiento a través del tubo interno (Di = 25 mm) es 0.2 kg/s, mientras que el flujo del aceite a través del anillo externo (D0 = 45 mm) es 0.1 kg/s. El aceite y el agua entran a temperaturas de 100 y 30 ºC, respectivamente. ¿Qué longitud debe tener el tubo si la temperatura de salida del aceite debe ser 60 ºC?.

Ejemplo 11.2

Se debe diseñar un intercambiador de calor de tubos para calentar 2.5 kg/s de agua de 15 a 85 ºC. El calentamiento se realiza al hacer pasar aceite de motor caliente, que está disponible a 160 ºC, a través del lado de la coraza del intercambiador. Se sabe que el aceite proporciona un coeficiente de convección ho = 400 W/m2 K en el exterior de los tubos. Diez tubos conducen el agua a través de la coraza. Cada tubo tiene pared delgada, de diámetro D = 25 mm, y ha sido dispuesto para efectuar ocho pasos por la coraza. Si el aceite sale del intercambiador a 100 ºC, ¿cuál es el flujo necesario?. ¿De qué longitud deben ser los tubos para llevar a cabo el calentamiento que se desea?.

Análisis del intercambio de calor: Método de la eficiencia – NUT

El método de la DTML es sencillo cuando se conocen las temperaturas de entradas de los fluidos, y de salida o se pueden obtener fácilmente a partir de los balances de energía. Sin embargo, si solo se conocen las temperaturas de entrada, el uso del método DTML requiere un procedimiento iterativo. En tales casos es preferible utilizar un método alternativo, que se denomina método de la eficiencia – Número de Unidades de Transferencia, ε - NUT.

Para definir la eficiencia de un intercambiador de calor, se debe determinar primero la transferencia de calor máxima posible, qmáx. Esta transferencia se podría alcanzar en un intercambiador de calor en contraflujo de longitud infinita. En tal intercambiador, uno de los fluidos experimentaría la diferencia de temperatura máxima posible, Th,i – Tc,i.

1 x 2

T

Th

Tc

c h máx cC C q C (T - T )h,i c,i

c hq C (T - T ) C (T - T )c,o c,i h,i h,o

c h c hC C T T

cT (T - T ) (T - T )c,o c,i h,i c,i

11.19máx mínq C (T - T )h,i c,i

1 x 2

T

Th

Tc

h c máx hC C q C (T - T )h,i c,i

h cq C (T - T ) C (T - T )h,i h,o c,o c,i

h c h cC C T T

hT (T - T ) (T - T )h,i h,o h,i c,i

De manera similar,

A partir de los resultados anteriores se puede escribir la expresión general

donde Cmín es igual a Cc o Ch, la que sea menor.

11.20

c h máx h cC C q C (T - T ) C (T - T )h,i c,i c,o c,i

¿Por qué Cmín y no Cmáx en la expresión qmáx = Cmín(Th,i – Tc,i)?

c hC C (T - T ) (T - T )h,i c,i c,o c,i

máx máxq C (T - T )h,i c,i

1 x 2

T

Th

Tc

T Th,i c,o

Lo cual termodinámicamente es imposible. Tal condición por la tanto es imposible.

Se define la eficiencia, ε, como la razón entre la transferencia real de calor para un intercambiador y la transferencia de calor máxima posible:

máx

q

q

11.25

Remplazando en la expresión de la eficiencia q los balances de energía y qmáx

11.23

h h,i h,o c c,o c,i

mín h,i c,i mín h,i c,i

C T T C T T

C (T -T ) C (T -T )

Así, la transferencia real de calor se puede determinar a partir de la ecuación

mínq C (T - T )h,i c,i

Para cualquier intercambiador de calor se puede demostrar que

mín

máx

Cf NUT,

C

El número de unidades de transferencia es un parámetro adimensional que se usa ampliamente para el análisis del intercambiador de calor y se define como

mín

UANUT

C

11.21

11.24

11.4.2 Relaciones de eficiencia – NUT

Para determinar una forma específica de la función de ε – NUT, ecuación 11.24, considere un intercambiador de calor de flujo paralelo para el que Cmín = Ch. De la ecuación 11.21 obtenemos

C T T T Th h,i h,o h,i h,o

C T -T T -Tmín h,i c,i h,i c,i

Incorporando en la ecuación anterior los balances de energía

mín

máx

T Tm c C c,o c,ih p,hm c C (T -T )c p,c h,i h,o

q m c (T - T ) m c (T - T )h p,h h,i h,o c p,c c,o c,i

1 12 11

h

h c h c

T CUAln UA

C C C CT

Recordando

1mính,o c,o

mín máxh,i c,i

CUAT Tln

C CT T

11.26

11.27

1T T Ch,o c,o mín

exp NUTT T Ch,i c,i máx

T T T T T Th,o c,o h,o h,i h,i c,oT T T Th,i c,i h,i c,i

Sumando y testando Th,i en el numerador del lado izquierdo de la expresión anterior

mín máxT T T T C /C T TT T h,o h,i h,i c,i h,i h,oh,o c,oT T T Th,i c,i h,i c,i

Y sustituir Tc,o de la ecuación 11.27, se sigue que

Incorporando ε a la ecuación 11.26,

1 1 1T T C Ch,o c,o mín mínT T C Ch,i c,i máx máx

T Th,i h,o

T -Th,i c,i

Al sustituir la expresión anterior en la ecuación 11.28

11.28

1 1

1

mín máx

mín máx

exp NUT C /C

C /C

Tabla 11.3 Relaciones de eficiencia de un intercambiador de calor

En la tabla presentan expresiones para diversas configuraciones de intercambiadores de calor

Las expresiones anteriores se muestran en forma gráfica a continuación

Ejemplo 11.3

Gases de escape calientes, que entran a un intercambiador de calor con aletas de flujo cruzado a 300 ºC y salen a 100 ºC, se usan para calentar agua presurizada a una velocidad de flujo de 1 kg/s de 35 a 125 º C. El calor específico del gas de escape es aproximadamente 1000 J/kg K, y el coeficiente global de transferencia de calor que se basa en el área superficial del lado del gas es Uh = 100 W/m2 K. Determinar con el uso del método NUT el área superficial Ah del lado del gas que se requiere.

GENERALIDADES DEL INTERCAMBIADOR DE PLACAS

Un intercambiador de placas es un dispositivo con dos circuitos de fluidos a distintastemperaturas. Son placas superpuestas en las cuales circulan dos fluidos pero sin contacto físico entre ellos.El intercambiador de placas consta de un marco y placas metálicas corrugadas y estampadas.El marco se compone por una placa fija, una placa de presión, de dispositivos prensantes y de aberturas de conexión.Las placas que se encuentran en los extremos del arreglo del intercambiador no transfieren calor ya que el fluido sólo circula por la cara interna de éstas. Las placas intermedias se encuentran separadas por empaquetaduras que forman un pasaje estrecho no interrumpido a través del cual los líquidos fluyen en contactos con las superficies corrugadas de las dos placas. En el corrugado se obtiene un flujo turbulento que alcanzan números de Reynolds entre 10 y 500 dependiendo de la geometría de la placa. Las condiciones de velocidad entre las placas, determinan el coeficiente de transferencia de calor, es decir, a mayor velocidad mayor transferencia.Los materiales del cual se encuentran hechas las placas son acero inoxidable, titanio,níquel, monel, incoloy 825, Hastelloy C, bronce fosforado, y cobre – níquel. Los materiales con titanio estabilizado proveen una mayor resistencia a la corrosión.Este equipo fue inicialmente utilizado para el tratamiento y pasteurización de la leche.Además satisfizo así la necesidad de contar con un equipo de fácil limpieza, sinirregularidades ni rincones donde se pudieran albergar bacterias y se fomentara sudesarrollo. Para la pasteurización de líquidos de viscosidades bajo 30 Cp, y en general en la industria de alimentos.

A continuación se presenta una tabla con los tipos de intercambiadores de placas más comunes en el mercado, distribuidos por la empresa MESABI de México, obtenidos de la página: http/ Intercambiadores de Placa -

Intercambiador de calor compacto. Intercambiador de placa

COMPACIDAD

Pasterización en un intercambiador de placas

A planta embotelladora

Refrigeración

Enfriamiento

Vapor

Calentamiento

Tanque de entrada

Agua

fría

Agua

refrigerada

Regeneración

Calentamiento

Válvula de

desviación

Combinaciones en intercambiadores de placas

Arriba a la derecha

Arriba a la izquierda

Abajo a la izquierda

Abajo a la derecha

Arriba a la izquierda

Arriba a la derecha

Abajo a la derecha

Abajo a la izquierda

Fluido frío Fluido caliente

Intercambiadores compactos de Placas

• Para flujos poco viscosos (< 5Pa s)• Sólidos en suspensión < 0,3 cm• Grandes áreas de transferencia• U del orden de 2000- 5000 kcal/m2 h ºC• Placas de acero inox. con relieve para prod. Turbulencia• Capacidad:5000 – 20000 kg/h• Mantenimiento simple• Fácil desmontaje• Higiénico• Aumento de capacidad agregando placas• Usos : Ind. láctea y bebidas

LIMITACIONES

Tipo constructivo ; la presencia de juntas limita su utilización.Temperaturas inferiores a 260°C.Presiones por debajo de 20 bares.Es posible soslayar estos límites soldando las placas.De funcionamiento ; la introducción de una mayor pérdida de carga impide su uso en aplicaciones tales como las de circulación natural.

MODELOS DE FLUJO

FLUJO EN U - PARALELO:En el que la corriente se distribuye a lo largo de todas las placas, (baja o sube) y se devuelve.

FLUJO EN SERIE PARALELO:En el que uno de los fluidos tiene su distribución en serie y otro en paralelo.

FLUJO COMPLEJO:

APLICACIONES DE LOS INTERCAMBIADORES DE PLACAS.

Los intercambiadores de placas son utilizados en los procesos de pasteurización yesterilización, dado el corto tiempo de retención que se requiere en dichos procesos en el momento del calentamiento.Son utilizados en procesos donde se manejan fluidos como:

Distintos tipos de tratamientos de agua: Agua desmineralizada o destilada, Agua de enfriamiento, Agua de dulce o salada (de mar o rió), Aceites lubricantes. Aceites vegetales. Solventes orgánicos. Bebidas: jugos, jarabes, concentrados, bebidas para deportistas, café, té, gaseosas. Productos Lácteos: Leche, crema, mezcla para helados, mezcla para batidos, queso crema agrio, requesón, aderezos, yogur, suero de la leche. Procesamientos de Alimentos: Budín, salsa ketchup, salsa barbacoa, salsa para carnes, salsa de jugo de carne ("gravy"), margarina, aceites, aderezos, féculas, miel, levadura, huevos, salsas para bocaditos.

Son particularmente bien usados en sistemas líquido-Líquido, en condensación de vapor pero a presiones moderadas ( de 6 a 60 Psi), en enfriamientos (una de las aplicaciones más difundidas), en procesos donde se necesiten eficiencias altas y donde la corrosión es un problema, y en procesos bioquímicos e industrias alimenticias.

COMPARACIÓN PLACA CON CARCASA-TUBOS

Con placas se consiguen fuertes coeficientes de película en ambos fluidos, esto no es tan fácil en el lado de la envolvente para los de carcasa-tubos (excepto cambios de estado).Ya se ha señalado una mayor pérdida de carga en los de placas.Dada la mayor turbulencia, el ensuciamiento es menor en los placas.Los intercambiadores de placas (no soldados) poseen la ventaja de adaptarse a nuevas condiciones, por adición o eliminación de placas. En los de placas es fácil conseguir la disposición en contracorriente. Esto significa que no hay pérdida en la diferencia efectiva de temperatura promedio.A igualdad de potencia los de placas son más compactos.Las juntas de uno de placas actúan como válvulas de seguridad, de tal manera que si se sobrepasa la presión se abren al exterior, sin mezcla de fluidos. La chapa de metal, esté o no esté ondulada, no es el elemento adecuado para soportar presiones elevadas, de modo que las presiones máximas para los modelos más comunes son de 10 a 15 bares, aunque existen modelos capaces de soportar un poco más.

COMPARACIÓN PLACA CON CARCASA-TUBOS

Los materiales de las juntas son generalmente de varios tipos de elastómeros, por lo que el límite máximo de temperatura de funcionamiento (para los materiales más usados) es de 140 a 150ºC. Los fluoroelastómeros pueden aumentar ese límite hasta 180ºC, pero a un mayor costo. Existen algunos modelos que usan juntas de fibras de amianto comprimido, para los cuales la temperatura límite es 250ºC. Los intercambiadores de placas usan menor cantidad de materiales costosos y permiten tener altos niveles de recuperación de energía. Los intercambiadores de placas no funcionan correctamente con líquidos que tengan sólidos de gran tamaño, debido a la pequeña distancia entre las placas. En general el tamaño máximo de sólidos en suspensión es de 4 a 8 mm de diámetro, de acuerdo al modelo del intercambiador. Poca acumulación de suciedad. Los factores de acumulación son mucho más pequeños que en los intercambiadores de tubo y coraza. Para cada modelo de placa, la boca de entrada tiene un tamaño fijo que limita la cantidad de fluidos de alto volumen específico (vapores y gases húmedos) que pueden entrar al intercambiador, de modo que este tipo de intercambiadores casi nunca se utilizan en servicios con gran condensación.

COMPARACIÓN PLACA CON CARCASA-TUBOS

La simetría de la configuración para ambos fluidos permite predecir con precisión el valor de los coeficientes de transferencia. El peso y el volumen de instalación, y la retención de líquidos son bajos. Todas las superficies se pueden limpiar fácil y completamente, ya sea con métodos manuales o químicos. Adaptabilidad. La capacidad puede aumentarse o disminuirse con sólo adicionar o quitar placas. La modificación de la disposición de las placas permite modificar fácilmente el programa de temperaturas de trabajo.

Los intercambiadores de placas presentan ventajas importantes frente a los intercambiadores de coraza y tubos, ya que la disposición, montaje, funcionamiento y limpieza de estos equipos es ciertamente más favorable y eficiente. Junto a estas ventajas también se debe destacar la superior transferencia de calor que se logra en un intercambiador de placas, ya que estos pueden ser diseñados de tal forma que se genere turbulencia en el paso a través del mismo mejorándose la transferencia de calor.