Intercambiadores de Calor Industriales
El uso de Intercambiadores de Calor, correctamente elegidos y diseñados, en los procesos industriales es de vital importancia para la industria para garantizar la eficiencia energética y una baja huella medioambiental. Los Intercambiadores de Calor transfieren energía entre dos medios diferentes. Estos medios pueden ser líquidos, gases, bifásicos y, en algunos casos, incluso líquidos con cargas sustanciales de sólidos. Los Intercambiadores de Calor Industriales desempeñan un papel fundamental en la industria de transformación en aplicaciones de recuperación de calor, calefacción, refrigeración, condensación y evaporación, etc.
¿Qué son los intercambiadores de calor?
Un intercambiador de calor es un aparato que transfiere energía térmica de un medio a otro. Uno de los medios, a mayor temperatura (a menudo denominado medio caliente), liberará energía calorífica y disminuirá su temperatura, mientras que el otro medio, a una temperatura más fría (a menudo denominado medio frío) que el medio caliente, recibirá energía calorífica y aumentará así su temperatura.
En algunos casos, la transferencia de calor puede ser en contacto directo, donde los medios se entremezclan mientras se produce la transferencia de energía, por ejemplo en condensadores de contacto directo.
La mayoría de las veces es necesario mantener los medios separados para evitar que se mezclen y se contaminen. En estos casos, es necesario encontrar una solución técnica correcta que proporcione una buena transferencia térmica y una caída de presión razonable, teniendo en cuenta al mismo tiempo las posibles incrustaciones, la posible corrosión por los medios o el entorno, así como aspectos económicos como la inversión inicial (CAPEX) y los costes operativos (OPEX). Existen diferentes tipos de intercambiadores de calor en el mercado y la selección del tipo correcto es de vital importancia para la eficiencia energética y operativa general, a fin de minimizar la huella medioambiental y el coste de la vida útil del proceso y el aparato. Algunos de los tipos de intercambiadores de calor más comunes son: - Intercambiadores de calor de carcasa y tubos Intercambiadores de Calor de Placas con Juntas; - Intercambiadores de calor de tubo en tubo; – Intercambiadores de Calor de Placas Soldadas; – Intercambiadores de Calor Espiral; - Intercambiadores de calor laminares, etc.
Intercambiadores de Calor Industriales
Los intercambiadores de calor industriales se diseñan para cumplir los requisitos del proceso en el que se aplicarán, a menudo en una solución a medida. Deben tenerse en cuenta muchos factores para una correcta selección en función de los tipos de medios y sus propiedades físicas, caudales, temperaturas, presiones, caídas de presión admisibles, posibles incrustaciones y posibles medios o entornos corrosivos.
- Tamaño y capacidad: Normalmente, los intercambiadores de calor industriales se fabrican a medida para una aplicación específica. Su tamaño y capacidad dependerán de las condiciones de diseño, desde unidades muy pequeñas con conexiones pequeñas, DN25, y valores nominales y tamaños de baja presión muy por debajo de 1 m y 50 kg hasta unidades enormes con conexiones grandes, DN650, y valores nominales y tamaños de muy alta presión según el tipo por encima de 20 m y varias decenas de toneladas.
- Materiales: Los intercambiadores de calor industriales suelen estar fabricados con materiales resistentes a la corrosión, como diversos grados de acero inoxidable, acero dúplex o superdúplex, SMO, titanio, etc., para soportar entornos de proceso duros y medios corrosivos. Si el intercambiador de calor utiliza juntas, éstas también deben elegirse correctamente para que resistan las temperaturas de funcionamiento y sean compatibles con los medios aplicados.
- Diseño: El diseño de los intercambiadores de calor industriales se optimiza para satisfacer las necesidades industriales de la aplicación específica, lo que incluye - alta capacidad de transferencia de calor; - resistencia a la presión y la temperatura; - velocidad de flujo y pérdida de presión razonables; - factores eventuales de corrosión y ensuciamiento; - definiciones de materiales; - tipo de intercambiador de calor; - facilidad de mantenimiento y limpieza, etc.
Tipos de intercambiadores de calor industriales
Existen varios tipos de intercambiadores de calor aplicables a los procesos industriales. La selección del más adecuado puede ser a veces un reto debido a parámetros de proceso específicos como caudales, altas temperaturas y/o presiones, medios corrosivos o incrustantes, requisitos de espacio, necesidad de limpieza y tiempo de inactividad para mantenimiento, necesidades de piezas de repuesto, durabilidad y esperanza de vida, etc. Algunos de los tipos de intercambiadores de calor que Erivac puede suministrar son:
Intercambiadores de Calor de Placas con Juntas
Los intercambiadores de calor de placas con juntas son un tipo de intercambiador de calor utilizado a menudo en aplicaciones de procesos industriales en las que las temperaturas y las presiones son relativamente bajas. Las placas onduladas están separadas por juntas que crean un paso multicanal para los medios. Los medios, separados por las placas, fluyen normalmente en contracorriente. El paquete de placas con juntas se monta en bastidores.
Características y ventajas de los intercambiadores de calor de placas con juntas:
- Transferencia de calor eficaz: La pequeña separación entre canales y las placas onduladas garantizan buenas velocidades de flujo y una elevada turbulencia para conseguir altos coeficientes de transferencia de calor y una transferencia de calor eficiente. El espesor muy fino de las placas garantiza una muy buena transferencia de calor entre los medios caliente y frío.
- Diseño compacto: Los intercambiadores de calor de placas tienen un diseño compacto, debido a los altos coeficientes de transferencia de calor, y ocupan menos espacio en comparación con otros tipos de intercambiadores de calor, lo que puede ser beneficioso en algunos entornos industriales.
- Limpieza y mantenimiento relativamente sencillos: Los intercambiadores de calor de placas se montan sobre bastidores en los que se instalan las placas y las juntas intercaladas. Los pernos fijan el paquete de placas, placas y juntas, a un par de apriete específico para evitar fugas. Estos pernos se pueden aflojar para separar las placas para su limpieza y el cambio de juntas, así como la posible sustitución de placas para mantener el rendimiento de los intercambiadores de calor a lo largo del tiempo.
Intercambiadores de Calor de Placas Soldadas
Los intercambiadores de calor de placas soldadas son un tipo de intercambiador de calor que se utiliza en aplicaciones de procesos industriales, a menudo para medios viscosos o semiincrustantes o cuando la temperatura o la presión son superiores a las técnicamente posibles para los tipos de placas con juntas. En la mayoría de los casos se utilizan placas onduladas que se sueldan entre sí creando un paso multicanal para el fluido. Los medios, separados por las placas, fluyen normalmente en flujo cruzado / contracorriente (cuando se utiliza más de un paso). El paquete de placas soldadas puede montarse en carcasas (intercambiadores de calor de placas y carcasas) o en bastidores con tapas a cada lado formando un bloque (intercambiadores de calor de bloques).
Características y ventajas de los intercambiadores de calor de placas soldadas:
- Transferencia de calor eficiente: La separación entre canales relativamente pequeña (aunque mayor que la de las placas con juntas convencionales) y las placas onduladas garantizan buenas velocidades de flujo y alta turbulencia para obtener altos coeficientes de transferencia de calor y una transferencia de calor eficiente. El espesor relativamente fino de las placas garantiza una buena transferencia de calor entre los medios caliente y frío.
- Diseño compacto: Los intercambiadores de calor de placas soldadas tienen un diseño compacto, debido a los altos coeficientes de transferencia de calor, y ocupan menos espacio en comparación con otros tipos de intercambiadores de calor, lo que puede ser beneficioso en algunos entornos industriales.
- Fácil limpieza y mantenimiento: Los intercambiadores de calor de placas soldadas y especialmente los intercambiadores de calor de bloque son fáciles de limpiar y sólo necesitan un mínimo de piezas de repuesto. Los pernos fijan las tapas al bastidor con el paquete de placas. Estos pernos se pueden aflojar para tener acceso al paquete de placas desde ambos lados, para cada uno de los dos medios, para facilitar la limpieza y el cambio de juntas de las 04 tapas para mantener el rendimiento de los intercambiadores de calor en el tiempo.
- Bajo coste operativo: La menor frecuencia de limpieza debido a la mayor separación entre canales y la menor necesidad de piezas de repuesto que en los intercambiadores de calor de placas con juntas garantizan un bajo coste operativo.
- Construcción muy robusta: La correcta fabricación, el material más grueso de las placas, las patentes de diseño mecánico junto con la soldadura con material añadido garantizan una construcción muy robusta y una larga vida útil de estos Intercambiadores de Placas Soldadas (Tipo Bloque), incluso para aplicaciones con frecuentes cambios de temperatura y/o presión.
- Resistente a la contaminación: El robusto diseño soldado reduce el riesgo de fugas de un lado del Medio al otro.
Intercambiadores de calor de placas en espiral
Los Intercambiadores de Calor de Placas en Espiral son un tipo de intercambiador de calor utilizado a veces en aplicaciones de procesos industriales, para medios incrustantes o viscosos, medios con un contenido considerable de sólidos, cuando la temperatura o la presión son superiores a las técnicamente posibles para los tipos de Intercambiadores de Calor de Placas con Juntas o de Placas Soldadas.
Los intercambiadores de calor en espiral tienen un diseño único de un solo canal que utiliza dos láminas de placas con espárragos, para crear la separación entre canales, enrolladas alrededor de un núcleo cilíndrico en forma de espiral. Las placas están soldadas de tal manera que los medios están separados entre sí y los canales son accesibles desde un lado para cada medio. Los lados de la espiral se cierran con pesadas tapas circulares. El régimen de flujo es normalmente a contracorriente. Gracias a su diseño único de un solo canal, estos intercambiadores de calor tienen un efecto de autolimpieza.
Características y ventajas de los intercambiadores de calor de placas en espiral:
- Transferencia de calor eficaz: La configuración única del canal en espiral en combinación con un buen diseño teniendo en cuenta la caída de presión y la velocidad del flujo garantiza una alta turbulencia y, por lo tanto, buenos coeficientes de transferencia de calor y una transferencia de calor eficiente.
- Diseño compacto: Los intercambiadores de calor de placas en espiral tienen un diseño compacto en comparación con los intercambiadores de calor de carcasa y tubos equivalentes, debido a los altos coeficientes de transferencia de calor, por lo que ocupan menos espacio.
- Fácil limpieza y mantenimiento: Los intercambiadores de calor de placas en espiral son fáciles de limpiar y sólo necesitan un mínimo de piezas de repuesto. Los pernos sujetan las dos tapas al cuerpo en espiral. Estos pernos se pueden aflojar para tener acceso al canal en espiral desde ambos lados, normalmente un lado para cada uno de los dos medios, para facilitar la limpieza y el cambio de juntas de las 02 tapas para mantener el rendimiento de los intercambiadores de calor a lo largo del tiempo.
- Efecto de autolimpieza: La configuración única de los canales con sólo uno, a veces dos, canales para cada medio proporciona un efecto de autolimpieza único. Cuando en algún punto del canal comienza a producirse suciedad, el área transversal en ese punto se reduce, provocando así un aumento de la velocidad y la turbulencia en ese punto. Con el aumento de la turbulencia local, la suciedad/incrustación a menudo puede ser arrastrada. El efecto de autolimpieza del intercambiador de calor de placas en espiral permite prolongar el tiempo de funcionamiento antes de que sea necesario limpiarlo, ya sea mediante CIP o abriéndolo para su limpieza mecánica con hidrochorro.
- Bajo coste operativo: La menor frecuencia de limpieza debido a la mayor separación entre canales, así como el efecto de autolimpieza antes mencionado y la menor necesidad de piezas de repuesto que en otros tipos de Intercambiadores de Calor garantizan un coste operativo muy bajo.
- Construcción muy robusta: La correcta fabricación, el material más grueso de las placas, las patentes de diseño mecánico junto con la excelente calidad de las soldaduras garantizan una construcción muy robusta y una larga vida útil de estos Intercambiadores de Placas en Espiral, incluso para aplicaciones con frecuentes cambios de temperatura y/o presión.
- Resistente a la contaminación: El robusto diseño soldado reduce el riesgo de fugas de un lado del Medio al otro.
Intercambiadores de calor tubulares con tubos corrugados
Los intercambiadores de calor de tubos corrugados son especialmente útiles para los procesos industriales que implican transferencia de calor para lodos y líquidos con partículas. Estos intercambiadores de calor constan de dos tubos concéntricos, de los cuales uno o ambos pueden ser ondulados.
Características y ventajas de los intercambiadores de calor de tubo corrugado:
- Transferencia de calor eficiente: La corrugación de los tubos en combinación con un buen diseño teniendo en cuenta la caída de presión y la velocidad del flujo garantiza una alta turbulencia y, por tanto, buenos coeficientes de transferencia de calor y una transferencia de calor eficiente.
- Manipulación de fluidos con partículas: El diseño de tubo corrugado permite que el intercambiador de calor manipule medios con una viscosidad considerable o que contengan partículas, fibras u otros materiales particulados sin riesgo de atascos u obstrucciones.
Aplicabilidad en industrias específicas: Los intercambiadores de calor de tubos corrugados suelen utilizarse en industrias que procesan lodos o fluidos con partículas, como la industria alimentaria y los procesos químicos.
Intercambiadores de Calor con Tubos Espiralados
Los intercambiadores de calor bobinados son uno de los equipos de intercambio de calor a gran escala más avanzados, eficientes y ahorradores de energía del mundo.
No sólo tiene las ventajas de alta eficiencia de transferencia de calorLa estructura compacta y el peso ligero de los intercambiadores de calor de placas, pero también tiene las ventajas de resistencia a altas presiones y temperaturasLa estanqueidad, la seguridad y la fiabilidad de los intercambiadores de calor de carcasa y tubos.
A juzgar por la situación actual de escasez mundial de agua y energía, este producto tiene una amplia aplicación en industrias con grandes consumos de energía y agua de refrigeración.
- Estructura compacta y tamaño reducido. Los intercambiadores de calor de tubos bobinados suelen disponerse verticalmente y ocupan sólo una décima parte de la superficie de los intercambiadores de calor de carcasa y tubos normales.
- Limitados por la longitud de los tubos y el transporte, los intercambiadores de calor de carcasa y tubos ordinarios tienen una superficie máxima de intercambio de calor de 3 000 m², mientras que los intercambiadores de calor bobinados tienen una superficie máxima de intercambio de calor de 25 000 m² por carcasa.
- Se pueden calentar, condensar o enfriar simultáneamente hasta 8 medios diferentes.
- El diseño específico de nuestros intercambiadores de calor de bobina enrollada los hace extremadamente robustos, pueden soportar diferencias de temperatura y presión mucho mayores que otros tipos de intercambiadores de calor.
- Los tubos de este intercambiador de calor de alta eficiencia adoptan una estructura en espiral, lo que equivale a utilizar innumerables juntas de dilatación en el intercambiador de calor. Los tubos del intercambiador de calor pueden expandirse libremente cuando se someten a cambios de temperatura.
- Se puede conseguir una aproximación muy estrecha de la temperatura, lo que permite recuperar más calor de forma eficaz. Los tubos de los intercambiadores de calor bobinados en espiral son de 4 a 6 veces más largos que la longitud del lado de la carcasa. La aproximación de temperatura de los intercambiadores de calor de carcasa y tubos ordinarios suele ser de unos 40 °C, mientras que la aproximación de temperatura de los intercambiadores de calor enrollados en espiral puede estar dentro de los 5 °C.
- El medio del lado del tubo permanece más tiempo en el haz de tubos de intercambio de calor, por lo que la condensación puede ser más completa.
- Debido al diseño en espiral de los tubos, el medio del lado del tubo debe cambiar continuamente de dirección, lo que aumenta el flujo turbulento. Esto aumenta la eficacia de la transferencia de calor y reduce la superficie de intercambio. En comparación con los intercambiadores de calor de carcasa y tubos normales, el coeficiente de transferencia de calor de los intercambiadores de calor en espiral puede aumentar hasta 6 veces.
Conclusión
Los intercambiadores de calor industriales desempeñan un papel crucial en diversas industrias al permitir una transferencia de calor eficaz entre medios. Existen varios tipos de intercambiadores de calor industriales y difieren entre sí en cuanto a tamaño/compactibilidad/espacio ocupado, materiales de construcción disponibles, resistencia a la temperatura y la presión, robustez, diseño mecánico, necesidades de piezas de repuesto, accesibilidad y facilidad de limpieza, disponibilidad operativa y frecuencia de mantenimiento, etc. Cada tipo está optimizado para sus necesidades industriales y aplicaciones de proceso. Con los distintos tipos de intercambiadores de calor disponibles, como los intercambiadores de calor de placas con juntas, los intercambiadores de calor de placas soldadas, los intercambiadores de calor de carcasa y tubos, los intercambiadores de calor en espiral y los intercambiadores de calor de tubos corrugados, las industrias pueden elegir el más adecuado para sus aplicaciones específicas.
Mediante el uso de intercambiadores de calor eficientes y fiables, las industrias pueden conseguir una alta eficiencia energética, ahorro de costes y un proceso de producción optimizado. Comprender las diferencias y ventajas de los distintos tipos de intercambiadores de calor es importante para elegir la solución correcta o la mejor posible que se adapte a las necesidades y requisitos específicos de la industria y sus aplicaciones de proceso, así como para tener en cuenta la inversión inicial (CAPEX) y los costes operativos (OPEX) y la esperanza de vida útil de los intercambiadores de calor, etc.