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Cuáles son los diferentes tipos de intercambiadores de calor

¿Cuáles son los diferentes tipos de intercambiadores de calor?

Los intercambiadores de calor, tanto los fluidos fríos como los calientes, desvían los fluidos calientes y fríos a través de los lados opuestos de una pieza de metal. El calor de un fluido se transfiere a través del metal (que conduce bien el calor) a otro fluido sin que entren en contacto con el fluido. La alta velocidad del fluido, la alta turbulencia, el contacto de área de superficie alta y las diferencias de temperatura más grandes contribuyen a una transferencia de calor más eficiente. Sin embargo, los diferentes diseños pueden funcionar de manera diferente según la aplicación real.
En términos generales, existen tres tipos de intercambiadores de calor comunes: intercambiadores de calor de placas y marcos, intercambiadores de calor de carcasa y tubos e intercambiadores de calor de doble tubo. Todos pueden ser efectivos en una variedad de aplicaciones de transferencia de calor, pero optimizar la eficiencia, el costo y el espacio depende en gran medida del proceso específico en el que se instala el intercambiador de calor. En este blog, describimos los intercambiadores de calor de placa y marco, de carcasa y tubo y de doble tubo más utilizados.
Tres tipos comunes de intercambiadores de calor
Plate and Frame Heat Exchanger

Intercambiador de calor de placas y marcos

Los intercambiadores de calor de placas y marcos también se denominan intercambiadores de calor de placas. Un intercambiador de calor de placas y marcos es un intercambiador de calor que utiliza placas de metal para transferir calor entre dos fluidos. Los intercambiadores de calor que utilizan aire o gas y un flujo de fluido de menor velocidad utilizarían esta disposición. La característica de diseño del intercambiador de calor de placas y marcos es que las placas paralelas corrugadas controlan el flujo alternativo de fluidos calientes y fríos en la superficie de las placas a través de juntas.
La placa del marco y la placa de presión comprimen las placas espaciadoras al apretar los pernos. La placa espaciadora y la placa de presión están suspendidas entre la varilla superior y la varilla guía inferior. El diseño mecánico simple permite una fácil limpieza y cambio de capacidad agregando o quitando.
El medio frío o caliente y el fluido tratado fluyen en canales alternos y el calor se transfiere del canal más caliente al canal más frío. En comparación con los intercambiadores de calor de carcasa y tubos, los intercambiadores de calor de placas y marcos generalmente tienen un volumen y un costo menores. Otra diferencia entre los dos es que los intercambiadores de calor de placas se utilizan para fluidos de media y baja presión en comparación con los tipos de carcasa y tubos para fluidos de media y alta presión.
Debido a los caminos relativamente angostos entre las placas en un intercambiador de calor de placa y marco y el flujo turbulento creado por el diseño corrugado de las placas, su diseño es ideal para calentar fluidos de viscosidad baja a media. Cuando el fluido tiene una viscosidad moderada (consistencia) o contiene una pequeña cantidad de partículas, un espacio más amplio entre las placas ayuda a mantener los requisitos de flujo y permite que las partículas pasen entre las placas sin impedir el flujo.
Las tablas estándar suelen tener un diseño en espiga para maximizar la resistencia de la tabla bajo alta presión. Las placas pueden tener diferentes ángulos de cheurón, optimizados para la eficiencia de transferencia de calor para una caída de presión específica. Una placa de flujo más ancha tiene menos puntos de contacto, lo que ayuda a evitar obstrucciones a la vez. Son muy efectivos para aplicaciones de puré calentadas por líquido o vapor.

Ventajas de los intercambiadores de calor de placas y marcos:

  • Bajo costo de compra inicial.
  • Hay muchas configuraciones para elegir.
  • Mayor eficiencia de transferencia de calor.
  • El ensuciamiento se reduce debido a la alta turbulencia del intercambiador de calor.
  • Se puede lograr un cruce de temperatura significativo.
  • Pequeña huella de pie.

Desventajas de los intercambiadores de calor de placas y marcos:

  • Rangos de presión y temperatura permisibles más estrechos.
  • Las rutas de flujo estrechas son propensas a obstruirse o ensuciarse.
  • Las unidades de juntas requieren procedimientos especiales de apertura y cierre.
  • Debido a la delgada pared del tubo, la elección del material es crítica.

Las aplicaciones típicas de los intercambiadores de calor de placas y marcos incluyen:

  • Productos de viscosidad baja a media prácticamente sin partículas: leche, nata, mezclas para helados, bebidas, cerveza, mosto de cerveza, etc.
Shell and Tube Heat Exchanger

Intercambiador de calor de carcasa y tubos

Este tipo de familia de intercambiadores de calor, junto con varias modificaciones estructurales, es probablemente el intercambiador de calor más ampliamente utilizado en la industria. Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos consisten en un solo tubo o una serie de tubos paralelos (es decir, haces de tubos) encerrados dentro de un recipiente de presión cilíndrico sellado (es decir, carcasa). Estos dispositivos están diseñados para que un fluido fluya a través de los tubos más pequeños, mientras que el otro fluido fluye alrededor del exterior de ellos y entre ellos dentro del recinto sellado.
Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos se clasifican además según el número de intercambiadores de calor de carcasa y tubos involucrados, por lo general, los intercambiadores de calor de carcasa y tubos con presiones superiores a 30 bar y temperaturas superiores a 260 °C se utilizan para aplicaciones de alta presión. Esto se debe a que el intercambiador de calor de carcasa y tubos está diseñado para soportar altas presiones.
Este tipo de intercambiador de calor tiene algunos tubos de pequeño calibre instalados entre dos placas de tubos a través de los cuales se mueve el fluido principal. El haz de tubos se dispone dentro de un recinto a través del cual el fluido secundario viaja sobre la superficie de los tubos. En ingeniería nuclear, el calor generado en el núcleo de un reactor nuclear se transfiere a vapor de agua. Para aumentar el calor transferido y la potencia generada, se debe maximizar la superficie de intercambio de calor, que se obtiene mediante el uso de tubos. Cada generador de vapor puede contener de 3000 a 16000 latas, cada tubo tiene un diámetro de aproximadamente 19 mm.

Ventajas de los intercambiadores de calor de carcasa y tubos:

  • Ampliamente conocido y comprendido.
  • El tipo más común de servicio de intercambiador de calor.
  • El rango de presión y temperatura más amplio permitido.
  • Estructura mecánica robusta.

Desventajas de los intercambiadores de calor de carcasa y tubos:

  • La eficiencia del intercambio de calor es menor que otros tipos de intercambiadores de calor.
  • Sujeto a vibraciones inducidas por el flujo.
  • No muy adecuado para condiciones de cruce de temperatura.
  • Contiene zonas estancadas en el lado de la carcasa que pueden provocar corrosión.
  • La distribución del flujo es desigual.

Las aplicaciones típicas de los intercambiadores de calor de carcasa y tubos incluyen:

  • Productos de viscosidad baja a media: Dependiendo del producto específico seleccionado, pueden contener partículas de diferentes tamaños, incluyendo pulpas, purés, WFI, lociones, geles, bebidas con productos lácteos altamente contaminados.
Double tube heat exchanger

Intercambiador de calor de doble tubo

Los intercambiadores de calor de doble tubo son una forma de intercambiadores de calor de carcasa y tubos, el diseño y la configuración de intercambiadores de calor más simples, que consisten en dos o más tuberías y tubos cilíndricos concéntricos (un tubo más grande y un tubo más pequeño). De acuerdo con el diseño del intercambiador de calor de carcasa y tubos, un fluido fluye a través de los tubos más pequeños y el otro fluido fluye alrededor de los tubos más pequeños dentro de los tubos más grandes. Este tipo de intercambiador de calor se caracteriza por ser el más básico y asequible. Su tamaño lo hace ideal para espacios reducidos, ofreciendo cierta flexibilidad adicional en el diseño del proceso de fabricación.
Uno de los intercambiadores de calor más económicos en términos de diseño y mantenimiento es el intercambiador de calor de doble tubo, lo que lo hace ideal para pequeñas industrias. Si bien tales intercambiadores de calor son simples y económicos de diseñar y mantener, su baja eficiencia y su tamaño a gran escala han llevado a la industria moderna a utilizar intercambiadores de calor más eficientes, como los intercambiadores de calor de carcasa y tubos.

Ventajas de los intercambiadores de calor de doble tubo:

  • Puede obtener una buena eficiencia de transferencia de calor a un bajo costo de capital.
  • En comparación con los intercambiadores de calor de carcasa y tubos, son pequeños, no requieren mucho espacio de mantenimiento y la transferencia de calor es aceptable.
  • Debido a su popularidad, todos los componentes están estandarizados, lo que facilita mucho las reparaciones y el mantenimiento.
  • Tienen un diseño flexible y otras adiciones y remociones se pueden hacer fácilmente.
  • Puede utilizar este tipo de intercambiador a alta presión y alta temperatura.
  • El diseño del intercambiador de calor permite una mayor expansión térmica sin juntas de expansión.

Desventajas de los intercambiadores de calor de doble tubo:

  • Por lo general, se usan en diseños de contraflujo y no se pueden usar en algunas aplicaciones, pero eso no significa que no se puedan usar en flujo paralelo.
  • Tienen limitaciones en la transferencia de calor en lugar de diseños complejos y deben usarse para cargas de calor bajas.
  • Este tipo de fuga del intercambiador de calor es más común (junto con más unidades).

Las aplicaciones típicas de los intercambiadores de calor de doble tubo incluyen:

  • Es difícil cubrir todas las aplicaciones de los intercambiadores de calor de doble tubo. Son populares en aplicaciones de alta temperatura y alta presión, como calderas y compresores, y para calor sensible y enfriamiento en sistemas de ingeniería, por nombrar algunos.
Como sabe, los estilos de los intercambiadores de calor pueden variar ampliamente en función de muchas variables, lo que puede hacer que la elección correcta para su proceso de elaboración de cerveza sea abrumadora. En un blog posterior, le explicaremos cómo una cervecería debe elegir un intercambiador de calor. Por supuesto, si planea abrir una cervecería o expandir su cervecería, también puede contactarnos para una solución llave en mano o un plan de expansión.
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