Intercambiador de calor para niños

Un intercambiador de calor es un aparato especial que ayuda a transferir el calor de un líquido o gas a otro, sin que se mezclen. Imagina que tienes algo muy caliente y algo muy frío, y quieres que el calor pase del caliente al frío. Un intercambiador de calor hace exactamente eso.

Estos aparatos son muy importantes en nuestra vida diaria y en la industria. Los encontramos en sistemas de calefacción para casas, en los refrigeradores para mantener la comida fría, en las calderas que calientan el agua, dentro de los ordenadores para que no se sobrecalienten, y en el radiador de los coches para enfriar el motor.

¿Cómo funcionan los intercambiadores de calor?

Los intercambiadores de calor se clasifican según cómo los líquidos o gases se ponen en contacto para intercambiar el calor.

Intercambiadores de contacto directo

En estos, los fluidos (líquidos o gases) se mezclan directamente para transferir el calor. Un ejemplo común es una torre de refrigeración, donde el agua caliente se enfría al entrar en contacto con el aire del ambiente. Aunque se mezclan, a veces no importa porque el objetivo es solo enfriar el agua.

Intercambiadores de contacto indirecto

Estos son los más comunes. Aquí, los fluidos no se mezclan. Están separados por una pared sólida, como una lámina de metal o un tubo. El calor pasa a través de esa pared. Es como si el calor viajara de un lado al otro sin que los líquidos se toquen.

Estos intercambiadores pueden ser de varios tipos:

Intercambiadores alternativos

En este tipo, una superficie sólida se calienta con un fluido y luego, esa misma superficie, transfiere el calor a otro fluido más frío. Es como si la superficie "guardara" el calor de uno para dárselo al otro, de forma alternada.

Intercambiadores de superficie

Aquí, el calor siempre se transfiere a través de una superficie sólida que separa los fluidos, asegurando que nunca se mezclen. Son los más usados. Dependiendo de la forma de esa superficie, pueden ser:

Intercambiadores de placas

Estos intercambiadores usan muchas placas delgadas y corrugadas (con ondulaciones) que están muy juntas. Los fluidos pasan por los espacios entre las placas, y el calor se transfiere de una placa a otra. Son muy eficientes porque las ondulaciones de las placas aumentan la superficie de contacto y hacen que los fluidos se mezclen mejor, transfiriendo más calor en un espacio pequeño.

Son fáciles de limpiar y se puede cambiar su capacidad añadiendo o quitando placas.

Intercambiadores de tubos

En estos, un fluido circula por dentro de unos tubos, mientras que el otro fluido circula por fuera de esos mismos tubos. El calor pasa a través de la pared del tubo. Son muy comunes en fábricas y refinerías porque son resistentes, fáciles de construir y de reparar.

Los fluidos pueden moverse de diferentes maneras dentro de estos intercambiadores:

• Flujos cruzados: Los fluidos se mueven en direcciones que forman un ángulo de 90 grados entre sí.
• Flujos paralelos: Los fluidos se mueven en la misma dirección.

* En equicorriente: Ambos fluidos van en la misma dirección y sentido. * En contracorriente: Ambos fluidos van en la misma dirección pero en sentidos opuestos. Este tipo es muy eficiente porque permite una mejor transferencia de calor.

Comparación entre intercambiadores de placas y de tubos

Ambos tipos de intercambiadores son muy útiles, pero tienen diferencias importantes:

• Tamaño y peso: Los intercambiadores de placas son más compactos y ligeros. Los de tubos suelen ser más grandes y pesados.
• Transferencia de calor: Los de placas son muy eficientes en la transferencia de calor porque sus superficies corrugadas crean mucha turbulencia y aumentan el contacto.
• Construcción: Los de placas no usan soldaduras, lo que facilita su montaje y desmontaje. Los de tubos sí tienen soldaduras en las uniones.
• Limpieza y mantenimiento: Los de placas son más fáciles de desmontar y limpiar.
• Tipos de fluidos: Los de placas no son adecuados para fluidos con partículas sólidas, ya que estas podrían obstruir los pequeños canales. Los de tubos pueden manejar mejor este tipo de fluidos.
• Detección de fugas: Es más sencillo encontrar una fuga en un intercambiador de placas.

¿Por qué es importante el factor de ensuciamiento?

Con el tiempo, las superficies de los intercambiadores de calor pueden ensuciarse. Esto ocurre por la suciedad de los propios fluidos, por reacciones químicas o por la corrosión. Cuando se forma una capa de impurezas en la superficie, actúa como un aislante y reduce la cantidad de calor que se puede transferir.

A esta capa de suciedad se le llama factor de ensuciamiento o factor de incrustación. Los ingenieros deben tener en cuenta este factor al diseñar los intercambiadores para asegurarse de que sigan funcionando bien incluso con un poco de suciedad. Para evitar esto, existen intercambiadores especiales llamados "de superficie rascada" que tienen un mecanismo para limpiar constantemente las superficies.

Galería de imágenes

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  Sección de un intercambiador de calor de tipo haz tubular.

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  Distribución de temperatura en intercambiadores