Como funciona un intercambiador de calor

Un intercambiador de calor es un aparato con el que se transfiere el calor entre dos fluidos o una superficie y un fluido en movimiento. Explicamos qué es un intercambiador de calor, para qué sirve, cómo funciona y más.

¿Qué es un intercambiador de calor?

Un intercambiador de calor tiene por función la transferencia de calor desde un fluido hacia otro con una temperatura menor. Para que esta transferencia se pueda realizar se usa una placa metálica o un tubo para que el intercambio se vea favorecido y sin que los fluidos se mezclen.

Como funciona un intercambiador de calor

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¿Para qué sirve un intercambiador de calor?

El intercambiador de calor transfiere el calor entre dos fluidos, bien sea a través del contacto o separados con una barra sólida. Es un componente esencial en sistemas de climatización o refrigeración, entre los que se destaca el aire acondicionado, la producción energética o el procesamiento químico.

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¿Cómo funciona un intercambiador de calor?

Un intercambiador de calor tiene redes en paralelo en las cuales van fluyendo fluidos a temperaturas distintas. Los mismos se separan por una red que tiene unas capacidades conductoras óptimas. En ese sentido, es la diferencia de temperatura entre los fluidos lo que produce el intercambio de calor.

Es importante anotar que de forma natural los fluidos calientes van a tender a ir hacia los más fríos, lo que los calentará en poco tiempo y con una baja pérdida de calorías. Por ende, cuando el fluido caliente ingresa al intercambiador de calor, el fluido primario va a estar calentando al fluido secundario (o frío). Después se deja que se enfríe, mientras que el segundo fluido se calienta.

Partes de un intercambiador de calor

En el caso de los intercambiadores tubulares sus componentes básicos son:

  • Haz tubular – Son unos tubos con los que brinda una superficie de transferencia de calor entre el fluido que está circulando en el interior, y el fluido que lo hace por la carcasa. A su vez, alojan el fluido secundario.
  • Placa tubular – Es una placa metálica perforada en la que se albergan los tubos.
  • Deflectores – Son unas placas segmentadas dispuestas por el intercambiador. Mantienen los tubos en la posición correcta y también obligan al fluido primario a circular.
  • Carcasa y conexiones – Es una carcasa envolvente para el fluido primario. Tiene un cilindro soldado a las placas tubulares.
  • Cabezales desmontables – Son unos elementos conectados a las placas tubulares por los dos extremos. Facilita la circulación por el haz tubular.

Tipos de intercambiador de calor según la dirección del flujo

  • De flujo paralelo – Dos fluidos, uno frío y otro caliente van a ingresar por el mismo extremo para fluir en la misma dirección, lo que provoca el intercambio de calor.
  • Contraflujo – Cada fluido entra al intercambiador por extremos diferentes. El contraflujo se va a presentar una vez los fluidos van en la misma dirección, aunque en sentido opuesto.
  • Flujo cruzado – Uno de los fluidos irá de modo perpendicular al otro fluido. Uno de los fluidos tiene que pasar por los tubos mientras que el otro alrededor de los tubos en perpendicular.
  • De un solo paso o paso simple – El fluido sólo va a intercambiar calor una sola vez.
  • De múltiples pasos – Invierte el sentido del flujo en los tubos porque usa dobleces con la forma de una U en sus extremos. Por lo anterior el fluido recorre de nuevo el interior.
  • Regenerativos – Se usa el mismo fluido en caliente y frío. El fluido caliente va a avanzar por el intercambiador mientras cede su calor, y después retorna al intercambiador como un fluido frío.
  • No regenerativo – Funciona de modo opuesto al regenerativo.

Tipos de intercambiador de calor según su estructura

  • De placas – Tiene un empaquetamiento de placas finas o de láminas de metal corrugadas las cuales presentan un coeficiente de transferencia muy alto para que la transferencia de calor se pueda ver favorecida.
  • De haz de tubos y carcasa – Es un tipo de construcción básica y muy común entre los intercambiadores de calor. Utiliza un sistema de tubos.
  • Refrigerador por aire – Presenta una disposición con una serie de tubos que se sitúan en una corriente de aire, la cual puede ser natural o forzada utilizando un ventilador. Logra una eficiencia mayor por las aletas que se incorporan a los tubos.
  • De tubos concéntricos – Tienen dos tubos concéntricos con diámetros distintos que se ensamblan uno dentro del otro.

Eficiencia de un intercambiador de calor

Entre más baja es la pérdida térmica, más es la eficiencia de un intercambiador de calor. Por tal razón, es clave que el material que se use en el diseño del aparato sea lo más conductor que sea posible.

En ese orden de ideas, para que un sistema logre el mejor rendimiento hay que verificar lo anterior, lo que acarrea un ahorro de energía que se percibirá de inmediato. Lo anterior aplica a su vez para la calefacción, aire acondicionado, producción de agua caliente sanitaria, calderas, entre otros.

La eficiencia del intercambiador de calor depende de:

  • La temperatura delta entre cada fluido.
  • La conductividad del material que se usa.
  • La reducción en la pérdida de calor.

Aplicaciones de un intercambiador de calor

Son diversas sus aplicaciones y dependen del objetivo para el que se diseñe el dispositivo. Así mismo, son varias las denominaciones que se le asignan:

  • Intercambiador de calor – Cumple una función doble porque calienta un fluido y enfría otro.
  • Condensador – Su objetivo es condensar el vapor o mezclar vapores.
  • Enfriador – Enfría. En este caso disminuye la temperatura de un fluido a través de otro.
  • Calentador – Aporta calor sensible a un fluido sin que se dé un cambio de fase.
  • Vaporizador – Vaporiza una parte de un líquido.

Usos del intercambiador de calor

  • Para elevar la temperatura de los fluidos utilizando otro que está más caliente.
  • Para refrescar un fluido al usar otro con una temperatura menor.
  • Condensar gases usando fluidos fríos.
  • Para llevar al punto de ebullición a un fluido gracias a la acción de otro con temperatura más alta.
  • Llevar a un punto de ebullición fluido mientras uno gaseoso se condensa (está más caliente).

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Importancia del intercambiador de calor

Como se ha explicado, los intercambiadores de calor se encargan de transferir calor de un sitio a otro, o de un fluido a otro. Según sea el sistema en el que se incorporen, evitan que se recalienten las máquinas.

En conclusión, son dispositivos que juegan un rol fundamental para los sistemas de procesamiento químico, calefacción, refrigeración o sistemas de aire acondicionado. Por otro lado, en el día a día son varios los electrodomésticos que los incorporan. En definitiva, los intercambiadores de calor son necesarios para la vida cotidiana.

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