El documento describe los principios básicos de la transferencia de calor a través de la conducción y los diferentes tipos de intercambiadores de calor utilizados a nivel industrial, incluidos los intercambiadores de placas y de carcasa y tubos. También explica los diferentes enfoques para el control de la transferencia de calor en los intercambiadores, incluidos los controles de realimentación y de anticipación.

1. TRANSFERENCIA DE CALOR Calor es la energía en tránsito desde un sistema con alta temperatura a otro sistema con más baja temperatura. El calor se asocia con la energía interna cinética y potencial de un sistema (movimiento molecular aparentemente desorganizado). El calor siempre fluye desde una región con temperatura más alta hacia otra región con temperatura más baja. La transferencia o dispersión del calor puede ocurrir a través de tres mecanismos posibles, conducción, convección y radiación.

2. A nivel industrial se utiliza principalmente la conducción. Tansferencia por conducción : La conducción de calor es un mecanismo de transferencia de energía térmica entre dos sistemas basado en el contacto directo de sus partículas sin flujo neto de materia y que tiende a igualar la temperatura dentro de un cuerpo y entre diferentes cuerpos en contacto. El principal parámetro dependiente del material que regula la conducción de calor en los materiales es la conductividad térmica , una propiedad física que mide la capacidad de conducción de calor a otras substancias con las que está en contacto. La inversa de la conductividad térmica es la resistividad térmica , que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor.

5. A nivel industrial se utiliza principalmente la conducción. Tansferencia por conducción : Este proceso es autoregulado, es decir, se parte de un estado en equilibrio y al ocurrir un cambio en el sistema se alcanza otro estado en equilibrio despues de un tiempo finito. Esto significa que en terminos generales, el modelo de un proceso de intercambio de calor suele ser de primer orden (estable, pero lento).

6. A nivel industrial se utiliza principalmente la conducción. Tansferencia por conducción : Desde el punto de vista de control se tiene que la transferencia de calor asumiendo pérdidas al axterior despreciables es proporcional a la masa los fluidos, el calor especifico y el gradiente de temperatura. Calor especifico es la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámico para elevar su temperatura en una unidad. Si se analiza el proceso desde el fluido frío arroja el mismo flujo de calor que el del fluido caliente, lo que cambia es el signo, que indica la dirección de intercambio y depende del que tenga más calor.

7. A nivel industrial se conocen los siguientes tipos de intercambiadores de calor: Intercambiadores de placas: Son llamados también intercambiadores de calor compactos. Están formados por un conjunto de placas de metal corrugadas (acero inoxidable, titanio, etc.) contenidas en un bastidor, el sellado de las placas se realiza mediante juntas o también pueden estar soldadas. Pueden ser de diferentes tipos: - Intercambiadores de tipo placa y armazón (plate and frame) similares a un filtro prensa. - Intercambiadores de aleta de placa con soldadura (plate fin).

9. INTERCAMBIADOR DE CALOR DE PLACAS Características: Altamente eficaz Amplia variedad de materiales y modelos -> Versatilidad (agua libre de oxígeno en calefacciones -> hasta líquidos corrosivos como lejías, ácidos y agua de mar) Gran superficie de intercambio de calor en un espacio muy pequeño. (Barcos, edificios pequeños...)

10. VENTAJAS DEL INTERCAMBIADOR DE PLACAS Muy compacto -> poco espacio. Ocupa un área cinco veces menor que la requerida por un intercambiador de carcasa y tubos. Fácil de montar Fácil limpieza, permite una apertura y cierre fácil y rápido para limpieza mecánica. Puede ampliarse fácilmente colocando más placas en el bastidor. Coeficientes de transmisión de calor muy elevados: U = 3500-7000 W/m2oC Turbulencia y placas delgadas La mezcla entre fluidos es imposible. Seguridad de operación -> No hay Fugas al exterior Mantenimiento fácil: sólo stock de juntas y placas Bajos costes de servicio

11. Intercambiadores Carcasa-Tubos Son los más importantes y numerosos en la industria. Se adaptan a flujos monofásicos y bifásicos, altas y bajas presiones, altas y bajas temperaturas y fluidos corrosivos o no. Son además compactos y eficientes, y sus altas velocidades mejoran la velocidad de transferencia del calor.

12. Intercambiadores Carcasa-Tubos Sus características principales son: 1. Diámetro tubos, (exterior, do) 2. Número de tubos, N 3. Arreglo de tubos (triangular, cuadrado) 4. Paso, o distancia entre centros de tubos (P>do) 5. Diámetro de carcasa (DI) 6. Diámetro del arreglo de tubos (Dtl < DI) 7. Espaciado de bafles, Ls 8. Corte de bafles, Lc 9. Largo tubos, L 10. Nº de pasos por la carcasa y por el haz de tubos 11. Área de transferencia = N π do L

13. INTERCAMBIADORES DE CALOR ESPIRALES Planchas arrolladas formando 2 canales espirales concéntricos. Bordes de los canales cerrados alternativamente. Los medios van en contracorriente pura Las mismas características de flujo para cada medio Se disminuye la tendencia al ensuciamiento Permite gran aprox. Entre Tas y cruce entre ellas. Es compacto y require menos espacio para la instalación Se fabrican en cualquier tipo de metal que pueda ser conformado en frio y soldado como acero al carbono inox., aleaciones de níquel y titanio etc. Aplicaciones: tratamiento de lodos, líquidos con sólidos en suspension incluyendo papillas, y ampligama de fluidos viscosos

14. Control en Intercambiadores de calor El esquema básico o feedback es: Esto resulta insuficiente por que siempre puede ocurrir: - Cambio en las T y F de los fluidos - Reacción por la ganancia o pérdida de calor

15. Control en Intercambiadores de calor Control Feedforward y Feedback: La idea del bloque feedforward es realizar la compensación necesaria ante las perturbaciones del sistema. El bloque feedback sigue siendo mantener la variable controlada en el punto deseado.

16. Control en Intercambiadores de calor Control Feedforward y Feedback con cálculo de agente calefactor: En esta versión se calcula la cantidad de vapor a introducir en el intercambiador.

17. Control en Intercambiadores de calor Control Feedforward y Feedback con control de calor demandado:

18. Control en Intercambiadores de calor Control Feedforward y Feedback con unidad de adelanto: La función de adelanto F(t) produce un aumento del caudal de vapor grande pero proporcional a la variación de caudal de producto y gradualmente lo irá disminuyendo hasta el equilibrio.

19. Control en Intercambiadores de calor

20. Control en Intercambiadores de calor

21. Control en Intercambiadores de calor