¿Qué es un Intercambiador de Calor de Placas?

28 marzo, 2022

¿Qué es un Intercambiador de Calor de Placas?

 

Es un equipo de proceso cuya función es transferir calor de un fluido caliente a otro fluido frio.

Para que esto pueda realizarse, existen dos formas de intercambiador de calor: el directo y el indirecto.

En el directo, el producto y el servicio están en contacto directo, tal como sucede entre el agua y el aire en una torre de enfriamiento.

intercambiador

Mientras que, en el indirecto, el producto o servicio están separados por una pared que puede ser la de una tubería o de una placa, por ejemplo, un intercambiador de placas.

 

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Lo anterior nos indica que debemos tener presentes las tres leyes naturales básicas de la física:

 

  • El calor siempre se transfiere de un medio caliente a un medio frio, hasta que se alcanza el equilibrio.
    1er ley natural
  • Debe haber una diferencia de temperaturas entre los dos medios para que ocurra la transferencia de calor. 
    2da ley natural
  • El calor perdido por el medio caliente es igual a la cantidad de calor ganado por el medio frio.
    3er ley natural

Existen diferentes métodos para realizar la transferencia de calor, los cuales podemos observar y experimentar casi a diario.

La primera y más común es la radiación, la cual ocurre por medio de un cuerpo caliente que emite ondas electromagnéticas a otros cuerpos que las adsorben y la energía de las ondas adsorbidas se transfiere en calor.

El segundo método es la conducción, este sucede por medio de la vibración entre moléculas de un cuerpo, aquí no hay una transferencia de materia; un ejemplo es cuando nos frotamos las manos.

El tercero es la convección, este se realiza únicamente por medio de líquidos y gases, las partículas en la zona mas caliente adsorben el calor y aumenta su energía cinética alejándose para que otras ocupen su lugar repitiéndose así el ciclo

Cond, Conv, Rad-1
 
Fuente: Blender M. (2015). Tipos de transferencia de calor. (Digital). Arquitectura y energía.http://www.arquitecturayenergia.cl/home/la-transmision-del-calor/
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En este articulo nos vamos a referir a los intercambiadores de calor a placas, por lo que la primera pregunta sería ¿para qué se ocupan?

Con estos se puede calentar un fluido frío por medio de un fluido caliente o reducir la temperatura de un fluido por medio de uno más frío. También es posible llevar a punto de ebullición un fluido mediante otro con mayor temperatura o condensar un fluido en estado gaseoso por medio de un fluido frío.

En los intercambiadores a placas aparte de aplicar los métodos de convección y conducción, también requerimos de entender dos tipos de fluidos: laminar y turbulento.

 

En el primero (laminar), el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse y cada partícula de fluido sigue una trayectoria suave y de baja velocidad. Mientras que el fluido turbulento, se mueve de manera desordenada y las partículas forman pequeños remolinos de manera no coordinada con velocidades altas.

 

tubular y laminar-1
Tipos de flujos

Para obtener un mejor desempeño o eficiencia en un intercambiador de calor a placas se requiere buscar un balance del fluido convirtiéndolo de laminar, cuando es transportado por las tuberías del proceso, a turbulento en el paso por el intercambiador a placas. Esto es posible por medio de la configuración interna del intercambiador, por lo que podemos decir que, si el flujo es turbulento obtenemos una mejor convección y por consiguiente se incrementa la transferencia de calor, por lo que mejora la conducción. Todo esto ocurre entre el aumento de velocidad que produce una película del fluido más delgada y los diferentes canales internos en el intercambiador de calor que vuelven el fluido turbulento.

 

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Te invitamos a conocer algunas de las principales aplicaciones de los intercambiadores de calor en el siguiente artículo: ¿Por qué elegir un intercambiador de calor de placas para tu sistema de refrigeración?

placas

Para dimensionar y seleccionar el intercambiador de calor de placas adecuado es necesario comprender y definir el propósito de este para así garantizar que el equipo se ajuste al problema a solucionar. Adicional, es importante conocer el producto a tratar:

 

  • Si el fluido es puro o corrosivo.
  • Si tiene algún tratamiento y/o si es mezclado con alguna sustancia (conocer el porcentaje de la mezcla).
  • El caudal o flujo.
  • La temperatura de ingreso al intercambiador y la temperatura deseada del fluido para poder determinar el diferencial de temperaturas.

 

También existen otros criterios al momento de dimensionar y seleccionar el intercambiador, los cuales debe tener presente la empresa o ingeniero que la realice. Uno de los más importantes a considerar es la caída de presión (P) disponible que tenga el sistema de bombeo existente o si es un sistema nuevo debe ser considerado, ya que todo intercambiador de placas provoca un P. Este se recomienda que no sea mayor a 10 PSI, puesto que a mayor P se requerirá de un sistema de bombeo mas grande generando un alto costo y un menor dimensionamiento del intercambiador. Durante la selección, se deberá considerar la dirección de los flujos a través del equipo para obtener la mejor eficiencia como son de flujo paralelo o contraflujo de paso simple y de múltiples pasos.

 

Contra flujo y flujo paralelo

 

Con los datos y criterios anteriores, el proceso de diseño del intercambiador de calor permite al ingeniero seleccionar si el equipo es del tipo placa y empaque o soldado, al igual que el material adecuado de las placas y de los empaques. El ingeniero siempre debe buscar el mayor rendimiento y eficiencia térmica para el proceso.

Por tal motivo, es muy importante que al definir el costo inicial de inversión no hay que dejarse llevar solamente por el mismo, ya que podemos caer en un falso ahorro económico. Debemos considerar la vida útil del intercambiador, calidad del material, costos y tiempo de mantenimiento, sobre todo si se tiene sustancias impuras y sucias. Al adquirir un equipo más económico, el costo de limpieza y mantenimiento será propenso a ser mayor; lo que ocasionará un mayor retorno de inversión a largo plazo.

Cualquiera que sea la solución elegida deberá de considerar todas las variables posibles que puedan incrementar el costo inicial del equipo antes de tomar la decisión final.

Un intercambiador inadecuado podría disminuir su productividad e incrementar el costo de mantenimiento generando mayores tiempos muertos de producción, así como más horas hombre de trabajo.

 


Un honesto y preciso cálculo de sus necesidades específicas, es la clave para consolidar un proyecto que requiera una máxima eficiencia.

 

Catalogo de intercambiadores de calor

Ing. Irving Barreda

Escrito por:

Ing. Irving Barreda

Ingeniero Químico Industrial, con una experiencia de más de 5 años en enfriamiento de fluidos y transferencia de calor.