Los intercambiadores de calor son equipos que están presentes en todo tipo de procesos industriales. En este sentido, es común verlos en instalaciones de climatización industrial, plantas siderúrgicas, refinerías, procesadoras de alimentos, industria farmacéutica, centrales nucleares, etc. La temperatura es una variable crítica en todo proceso industrial. Por tanto, la misma debe ser controlada de manera muy precisa tanto por seguridad como para garantizar la calidad de la producción.
¿Qué son los intercambiadores de calor?
Los intercambiadores de calor son equipos que facilitan la transferencia de calor entre dos fluidos o gases, sin que ambos se mezclen. Esto es posible gracias a dos circuitos estancos e independientes, que están muy próximos entre sí y que se fabrican con materiales de alta conductividad térmica.
La conductividad térmica es una propiedad de la materia que se calcula midiendo la velocidad con la cual el calor atraviesa la misma. Por tanto, en el Sistema Internacional de unidades la conductividad térmica se mide en vatios por metro por grado Kelvin (W/(m × °K)).
El diamante es el material que posee la mayor conductividad térmica, la cual alcanza los 2200 W/(m × °K). A continuación, le siguen la plata (430), cobre (398), oro (315), aluminio (280), latón (120), acero (50), etc. Por otra parte, es conveniente mencionar tanto al agua como al aire, ya que son sustancias muy utilizadas en la industria para la transferencia calorífica. En este sentido, el aire tiene una conductividad térmica de 0,02 W/(m × °K). Sin embargo, la conductividad del agua es mayor a la del aire, y llega hasta los 0,6 W/(m × °K).
Por lo general, los intercambiadores se fabrican con materiales metálicos como el cobre, aluminio, latón, bronce, hierro o acero. La selección de dichos materiales no solo se realiza por su conductividad térmica, sino también por su resistencia a la temperatura, presión, esfuerzo, precio, etc.
¿Cuáles son los usos más frecuentes de los intercambiadores de calor en la industria?
En los procesos industriales es necesario tanto el enfriamiento como el calentamiento, dependiendo de las necesidades de cada etapa de dicho proceso. Es decir, un intercambiador térmico o de calor puede emplearse para enfriar o calentar un determinado punto de un proceso industrial. Por esta razón, es muy frecuente encontrar muchos intercambiadores de calor distribuidos a lo largo de cualquier proceso de producción.
Por ejemplo, es imprescindible que los sistemas de lubricación de engranajes y rodamientos de las máquinas cuenten con sistemas térmicos, que puedan enfriar el aceite. Normalmente, cada máquina debe contar con un intercambiador térmico, ya que de lo contrario el aceite lubricante se calentaría demasiado y perdería sus propiedades.
También los sistemas hidráulicos para transmisión de fuerza necesitan sistemas térmicos para enfriar el aceite hidráulico. Si el enfriamiento no es eficiente, se producirán daños en los sellos de los cilindros hidráulicos principales, además del deterioro de las electroválvulas y un mal funcionamiento en general.
Los ejemplos mencionados anteriormente se refieren a casos de enfriamiento de sustancias (aceites). Sin embargo, en muchas ocasiones se necesita aportar calor a un proceso. Este es el caso de las industrias procesadoras de alimentos que necesitan aportar calor a las salsas y mermeladas. De esta forma, se facilita su procesamiento y envasado.
En los sistemas térmicos de climatización industrial es imprescindible el uso de los intercambiadores de calor, para que funcione correctamente el ciclo termodinámico de Mollier. De esta manera, en los sistemas de climatización, tanto el condensador como el evaporador son básicamente dos intercambiadores de calor. Estos intercambiadores se encargarán de producir calor o frío, respectivamente.
¿Qué tipos de intercambiadores de calor existen y cómo funcionan?
Todos los intercambiadores de calor funcionan gracias a la interacción térmica de dos fluidos o gases que están a diferente temperatura. Es decir, si no hay diferencia de temperatura entre ambos fluidos o gases, el intercambiador térmico sería un equipo totalmente inútil.
Dentro de los intercambiadores se aprovecha la transferencia calorífica por conducción y convección. La eficiencia del intercambio calorífico en los intercambiadores depende de su diseño, el área efectiva de intercambio y de los materiales empleados. Por esta razón, la ecuación que resume el funcionamiento de estos equipos es la siguiente: Q = C × A × ∆T. En esta ecuación Q es la cantidad de calor, C es el coeficiente de transferencia, A es el área efectiva y ∆T es la diferencia de temperatura.
Cuando se tiene en cuenta la dirección de los fluidos dentro de los intercambiadores, estos se clasifican en paralelos, contraflujos y transversales. Sin embargo, en este post solamente hablaremos del intercambiador de carcaza y tubos, el intercambiador de placas y el intercambiador por aire. Esta clasificación es en base a su estructura o configuración física.
Intercambiador térmico del tipo carcaza y tubos
Este equipo está compuesto de una carcaza de forma cilíndrica alargada, dentro de la cual se encuentra un conjunto de tubos. Por el interior de los tubos circula el fluido interno, y dentro de la carcaza circula el fluido externo. Por tanto, la estructura de este equipo es bastante robusta.
El intercambiador de carcaza y tubo se usa en chiller, que utilizan agua como refrigerante secundario.
Sistemas térmicos del tipo placas
Estos tipos de intercambiadores tienen un grupo de placas corrugadas y apiladas, las cuales sustituyen a los tubos del modelo anterior. Las placas ofrecen caminos independientes y estancos a los líquidos que intervienen en la transferencia de calor. Por tanto, su estructura es muy diferente y tienen la gran ventaja de ofrecer un mayor rendimiento. Sin embargo, tienen la desventaja de que no garantizan un sellado confiable cuando se trabaja con presiones relativamente altas.
Intercambiador por aire
Este intercambiador tiene un diseño diferente a los descritos anteriormente, ya que emplea el aire como segundo fluido de enfriamiento. Por tanto, no requiere de dos circuitos estancos, sino de un solo circuito para el otro fluido. Este tipo de intercambiador está constituido por un serpentín de tubos con aletas, por cuyo interior circula un fluido, y un ventilador. El ventilador crea una corriente de aire que pasa a través del serpentín, para acelerar el intercambio calorífico.
Intersam, empresa fabricante de intercambiadores para sistemas de climatización industrial
Dependiendo de la aplicación industrial donde vayan a emplearse, los intercambiadores de calor deben fabricarse con un diseño específico y materiales adecuados. En Intersam somos especialistas en el diseño y fabricación de intercambiadores para climatización industrial, a la medida de las necesidades de tu empresa.
En el diseño y fabricación de intercambiadores de calor para sistemas de climatización, se debe tener en cuenta si los mismos serán empleados como condensador o evaporador. Además, también tiene que considerarse la capacidad del sistema de climatización industrial, tipo de refrigerante y presión de trabajo, para poder así seleccionar los materiales adecuados. En Intersam te garantizamos intercambiadores duraderos, eficientes y a bajos precios.