Intercambiador de calor | Usos, ventajas y aplicaciones

¿Qué es un intercambiador de calor tubular?

Un intercambiador de calor es un equipo de proceso diseñado para transferir calor entre dos fluidos (líquido, vapor, gas) o entre la superficie de un sólido y un fluido en movimiento.

La fabricación del intercambiador de calor puede realizarse en diferentes calidades de acero inoxidable o aleaciones especiales, pudiendo soportar altas y bajas presiones de trabajo, así como un amplio rango de temperaturas de proceso. En la fabricación de intercambiadores de calor, la soldadura es un aspecto clave del proceso. Los intercambiadores de calor tubulares son equipos de proceso muy eficientes y sus altas velocidades mejoran la trasferencia de calor de forma considerable.

Dimensionamiento de un intercambiador de calor tubular

Para realizar el dimensionamiento de un intercambiador de calor es necesario disponer de ciertos datos de partida, como son el caudal de proceso, la temperatura inicial y final, así como las propiedades físicas del producto.

Un factor esencial para el cálculo y dimensionamiento de un intercambiador de calor tubular es poder caracterizar el comportamiento del producto de manera fiable y precisa, mediante ensayos de laboratorio, donde poder determinar las principales propiedades del producto, como son:

• Densidad.
• Calor específico.
• Conductividad térmica.
• Viscosidad.

¿Cuáles son los componentes básicos de un intercambiador de calor tubular?

Los componentes básicos de un intercambiador de calor tubular son:

• Haz tubular: El haz tubular es el conjunto de tubos que proporcionan la superficie de trasferencia de calor entre el fluido que circula por su interior y el fluido que circula por la carcasa. En este conjunto de tubos es donde se encuentra el producto a calentar.
• Placa tubular: La placa tubular es una placa de metal que ha sido perforada o taladrada, donde se alojan los tubos que forman el intercambiador de calor tubular, los cuales se fijan mediante expansión o soldadura. En el caso de que se requiera una protección extra de las fugas puede utilizarse una doble placa tubular.
• Deflectores: El principal objetivo de los deflectores es controlar la dirección general del flujo del lado de la carcasa.
• Carcasa y conexiones: La carcasa es la envolvente del segundo fluido o fluido secundario. La carcasa generalmente es de sección circular y está hecha de una placa de acero conformado en forma cilíndrica y soldado longitudinalmente. La carcasa dispone de conexiones para la entrada y salida del fluido secundario.
• Cabezales desmontables: Los cabezales desmontables son elementos conectados a las placas tubulares por ambos extremos del intercambiador de calor cuya misión es la de facilitar la circulación del producto por el haz tubular.

Tipos de intercambiadores de calor tubulares

Según su diseño, la naturaleza del producto y el espacio disponible la instalación de destino, el intercambiador de calor tubular puede agruparse en 3 grupos principales:

• Intercambiador de calor de tubo en tubo.
• Intercambiador de calor de espacio anular.
• Intercambiador de calor multitubular.

El intercambiador de calor de tubo en tubo (también conocido como intercambiador de calor de doble tubo) está formado por dos tubos concéntricos de diferente diámetro, donde el producto circula por el tubo interior y el servicio lo hace por el espacio que existe entre ambos tubos.

El intercambiador de calor de espacio anular está formado por tres o cuatro tubos concéntricos. El producto fluye por el espacio anular central mientras que el servicio lo hace por los canales exterior e interior.

El intercambiador de calor multitubular está formado por un haz tubular dentro de una carcasa. El producto fluye por los tubos interiores, mientras que el servicio lo hace por el canal exterior.

Principales usos del intercambiador de calor

En términos generales, los principales usos de los intercambiadores 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.

Ventajas del intercambiador de calor tubular

El diseño tubular en intercambiadores de calor representa una de las configuraciones más usadas tradicionalmente, por su buen funcionamiento y versatilidad. Dentro de las principales ventajas del los intercambiadores de calor tubulares, caben destacar los siguientes factores:

• Bajos costes en mantenimiento.
• Altas presiones de trabajo.
• Altas temperaturas de operación.
• Procesado de fibras o partículas.
• Gran seguridad en procesos asépticos.
• Fácil inspección y desmontaje.
• Fácil de ampliar.

Aplicaciones del intercambiador de calor tubular

El intercambiador de calor es un equipo de proceso utilizado en diferentes industrias, y sus aplicaciones son muy diversas y variadas. Las ventajas del intercambiadores de calor tubular los convierten en equipos muy robustos, fiables y de bajo mantenimiento, debido a la ausencia de juntas.

Dentro de las principales aplicaciones de los intercambiadores de calor tubulares, desde SACOME destacamos las siguientes:

• Aplicaciones Sanitarias: son aquellas aplicaciones destinadas a la industria alimentaria, en donde hay que poner especial atención en los acabados, la limpieza CIP y la drenabilidad del equipo.
• Aplicaciones Farmacéuticas: son aquellas aplicaciones destinadas a la industria farmacéutica y biotecnológica, donde la certificación de rugosidad juega un papel primordial, y cuyo diseño está especialmente destinado a evitar la contaminación cruzada.
• Aplicaciones Industriales: son aquellas aplicaciones destinadas a la industria química y petroquímica, en donde prima garantizar una larga vida útil, y la alta fiabilidad de los equipos.