TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR

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INTERCAMBIADORES DE CALOR
Un intercambiador de calor es uno de los equipos más utilizados a nivel de
instalaciones térmicas, tanto a nivel edificatorio, terciario como industrial. Un
intercambiador de calor es un equipo diseñado para transferir calor entre dos fluidos.
Estos dos fluidos (líquidos, gases) pueden estar en contacto o separados por una
barrera sólida. Su uso es básico en todo tipo de sistemas de climatización o
refrigeración, acondicionamiento de aire, transferencia energética o en procesos
químicos. La transmisión de calor se produce mediante convección y conducción.
Usos de los intercambiadores de calor
Las aplicaciones de los intercambiadores de calor son prácticamente ilimitadas a
nivel industrial y en instalaciones, ya que forman parte de cualquier proceso en el
que se quiera transferir calor. De forma general, podemos decir que los principales
usos de los sistemas de intercambio de calor son:
 Elevar la temperatura de un fluido, usando otro más caliente.
 Refrigerar un fluido usando otro que se encuentra a menos temperatura.
 Condensar gases.
 Evaporar líquidos.
Diferentes tipos de sistemas de intercambiador de calor
Clasificar los sistemas de intercambio de calor puede llevarse a cabo usando
muchos criterios diferentes. A la hora de clasificar los distintos tipos de
intercambiadores de calor pueden tenerse en cuenta diferentes criterios. Teniendo
en cuenta el grado de contacto entre los fluidos, se agrupan en dos tipos diferentes:

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 Intercambiador de calor de contacto directo
En los intercambiadores de contacto directo la transferencia de calor se produce por
medio de una mezcla física de los fluidos que intervienen en el proceso. Un ejemplo
de este tipo de intercambiadores son las torres de refrigeración. En este caso el
contacto directo se produce entre una corriente de agua caliente (fluido a enfriar)
usando aire seco y más frío.
En los intercambiadores de contacto directo sin almacenamiento de calor las
corrientes contactan una con otra íntimamente, cediendo la corriente más caliente
directamente su calor a la corriente más fría. Este tipo de intercambiador se utiliza
naturalmente cuando las dos fases en contacto son mutuamente insolubles y no
reaccionan una con otra. Por consiguiente, no puede utilizarse con sistemas gas-
gas.
Los intercambiadores de calor de contacto directo son de tres amplios tipos.
En primer lugar, se tienen los intercambiadores gas-sólido.
En la Fig. 2.1 se muestran diversas formas de los mismos.
Figura 2.1: Intercambiadores de contacto directo gas-líquido sin almacenamiento de calor.

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A continuación se tiene los intercambiadores fluido-fluido, en los que los dos
fluidos en contacto son mutuamente inmiscibles. En la Fig. 2.2 se muestra algunos
esquemas.
Figura 2.2: Intercambiadores de contacto directo fluido-fluido sin almacenamiento de calor.
Finalmente, no siempre es necesario que los dos fluidos en contacto sean
mutuamente insolubles, y la Fig. 2.3 muestra intercambiadores donde uno de los
fluidos circulantes se disuelve en el otro. En particular, en los sistemas aire-agua el
intercambiador de contacto directo es de gran importancia ya que justo una de las
fases (agua) se disuelve, o evapora, en la otra fase (aire). La torre de enfriamiento
de agua, mostrada en la Fig. 2.3 es un ejemplo de este tipo, y de hecho representa
el tipo más ampliamente utilizado de intercambiador de calor en la industria.

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Figura 2.3: Intercambiador de calor de contacto directo fluido-fluido en los que una
fase puede disolverse en otra.
El tratamiento adecuado de este tipo de intercambiador requiere la utilización
de los métodos de transferencia simultáneamente de calor y materia, y va más allá
del objetivo de este volumen.
 Intercambiador de calor de contacto indirecto
En un intercambiador de tipo directo no existe contacto directo entre los fluidos y
nunca llegan a mezclarse. Los fluidos están separados por una barrera sólida y
pueden también no coincidir en el mismo instante de tiempo.
El calor se transmite por convección y conducción a través de la pared
separadora. Estos, a su vez, pueden clasificarse:
 Intercambiadores alternativos. En ellos, ambos fluidos recorren el mismo
espacio de forma alternada, de forma que una superficie recibe el calor de un
fluido caliente, para secuencialmente, transmitírselo a otro más frío, al contactar
con la misma superficie.

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 Existe un cierto contacto entre ambos fluidos, pero puede suponerse
despreciable en los casos en los que la contaminación no es determinante.
Cuando sí lo es, el uso de estos aparatos es inviable. Son de este tipo,
muchos acumuladores y recuperadores de calor.
Intercambiador recuperador
Intercambiador acumulador

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 Intercambiadores de superficie. En ellos el proceso de transmisión de calor
está invariablemente relacionado con la superficie de un sólido que los separa,
de modo que no existe la posibilidad de contacto entre ellos. Son los más
utilizados en todo tipo de aplicaciones. Atendiendo a la forma de la superficie
separadora, estos intercambiadores pueden ser:
 Intercambiadores de placas. Son aquellos en los que la superficie
de separación entre los fluidos es una pared plana. Son relativamente
recientes, pero sus ventajas respecto de los clásicos multitubulares,
están desplazando a estos en la mayoría de las aplicaciones.
 Intercambiadores de tubos. En ellos la separación entre los fluidos
es siempre la pared de un tubo cilíndrico, por cuyo interior circula uno
de ellos, mientras el otro lo hace por el exterior. Si se atiende a la
dirección del flujo de ambos fluidos a través de la superficie, pueden
ser:
 Intercambiadores de flujos cruzados. Cuando las corrientes
de los dos fluidos, forman un ángulo entre sí. Son más
utilizados para intercambios entre un líquido y un gas.

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 Intercambiadores de flujos paralelos. Cuando las corrientes
de ambos fluidos discurren paralelas en la misma dirección.
Atendiendo al sentido de circulación, pueden ser:
o Intercambiadores en equicorriente. Si ambas
corrientes circulan en la misma dirección y en el
mismo sentido.
o Intercambiadores en contracorriente. Si las
dos corrientes siguen la misma dirección pero
sentidos contrarios.

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Los equipos de tubos concéntricos son los más sencillos que existen ya que están
compuestos por dos tubos concéntricos de diferente diámetro de modo que uno de
los fluidos circula por el interior del más pequeño y el otro lo hace por el espacio
anular entre ambos tubos.
Los intercambiadores de carcasa y tubos son muy utilizados a nivel industrial y usan
una carcasa con multitud de tubos en su interior.
Los equipos de placas están formados por una sucesión de láminas de metal,
armadas en un bastidor y separadas por juntas, que se fijan con una coraza de
acero. El fluido circula entre estas láminas.
Uso de intercambiadoresde calor para recuperaciónde energía
Los intercambiadores de calor son muy usados en todo tipo de instalaciones de
climatización y de ACS, pero, además, pueden ser utilizados para recuperar energía
en diferentes procesos, mejorando mucho la eficiencia energética. Las aplicaciones
más importantes en este campo son:
 Recuperación de calor para aire: trabajan recuperando energía del aire de
extracción, que se usa para precalentar el aire introducido al sistema.
 Recuperación de calor de purgas: permiten usar la energía térmica del agua
caliente que se purga en una caldera, para precalentar el agua del circuito
que se repone.
 Recuperadores para gases o economizadores: una aplicación fundamental
es recuperar calor en los productos de combustión en calderas.
 Recuperadores de calor de condensación: se usan en las calderas de
condensación para extraer calor de condensación del vapor de agua
contenido en los humos y aprovechar esta energía.
 Los intercambiadores de calor son por lo tanto equipos básicos para el
funcionamiento de cualquier instalación energética, pero también un sistema
clave para mejorar la eficiencia energética y disminuir el consumo de energía.