Tipos de Disposición de Flujo

La disposición del flujo es fundamental para la eficiencia de la transferencia de calor en un intercambiador.

Flujo Paralelo

Los dos fluidos, **frío y caliente**, entran en el intercambiador por el mismo extremo y se mueven en la misma dirección.

Contraflujo

Los fluidos entran en el intercambiador por los extremos opuestos y fluyen en **direcciones opuestas**.

Flujo Cruzado

Los dos fluidos se mueven de manera **perpendicular** entre sí. Se clasifica en fluido no mezclado o mezclado.

Flujo Cruzado Mezclado y No Mezclado

Se dice que el flujo cruzado es **no mezclado** en virtud de que las aletas de placa fuerzan al fluido a moverse por un espaciamiento particular entre ellas e impiden su movimiento en la dirección transversal. Se dice que el flujo cruzado es **mezclado**, dado que el fluido tiene libertad para moverse en dirección transversal.

Clasificación de Intercambiadores de Calor

Intercambiador de Tubo Doble

Este intercambiador consta de dos tubos **concéntricos** de diámetros diferentes. Uno de los fluidos pasa por el tubo más pequeño, mientras que el otro lo hace por el espacio anular entre los dos tubos. Las posibles disposiciones del flujo son: flujo paralelo y contraflujo.

Intercambiador Compacto

Están diseñados específicamente para lograr un **gran área superficial de transferencia de calor por unidad de volumen**. La gran área superficial en los intercambiadores compactos se obtiene sujetando las placas delgadas o aletas corrugadas con poco espacio entre sí a las paredes que separan los dos fluidos. Son de uso común en la transferencia de calor de gas hacia gas y de gas hacia líquido. La disposición del flujo es **cruzada**.

Intercambiador de Tubos y Coraza

Es el más común en las **aplicaciones industriales**. Estos contienen un gran número de tubos empacados en un casco con sus ejes paralelos al de este. Es común la colocación de **desviadores** (o bafles) en la coraza para forzar al fluido a moverse en dirección transversal a dicha coraza con el fin de mejorar la transferencia de calor y también para mantener un espaciamiento uniforme entre los tubos. Estos se clasifican según el número de pasos que se realizan por la coraza y por los tubos.

Función de los Desviadores (Bafles)

Su papel es el de **mejorar la transferencia de calor**, ya que fuerza al fluido a moverse en dirección transversal a la coraza. También es el de mantener un espaciamiento uniforme entre los tubos.

Intercambiador de Placas y Armazón

Este intercambiador consta de una serie de placas con pasos corrugados y aplastados para el flujo. Los fluidos caliente y frío fluyen en pasos alternados, de este modo cada corriente de fluido frío queda rodeada por dos corrientes de fluido caliente, lo que da por resultado una **transferencia de calor muy eficaz**. Resultan muy apropiados para aplicaciones de intercambio de calor de líquido hacia líquido, siempre que las corrientes de los fluidos caliente y frío se encuentren más o menos a la misma presión.

Intercambiador Regenerativo

Este intercambiador de calor se relaciona con el paso alternado de las corrientes de los fluidos caliente y frío a través de la misma área de flujo. Puede ser de dos tipos:

• Estático
• Dinámico

Regenerativo Estático

Es una masa porosa que tiene una gran capacidad de **almacenamiento de calor**. Los fluidos caliente y frío fluyen a través de esta masa porosa de manera alternada. El calor se transfiere del fluido caliente hacia la matriz del regenerador durante el flujo del mismo, y de la matriz hacia el fluido frío durante el paso de este.

Regenerativo Dinámico

Consta de un **tambor giratorio** y se establece un flujo continuo del fluido caliente y del frío a través de partes diferentes de ese tambor, de modo que diversas partes de este último pasan periódicamente a través de la corriente caliente, almacenando calor y después a través de la corriente fría, rechazando este calor almacenado.

Conceptos Clave y Fenómenos Asociados

Densidad de Área (β)

La razón entre el área superficial de transferencia de calor de un intercambiador y su volumen se llama **densidad de área β**. Un intercambiador de calor con β > 700 m²/m³ (o 200 ft²/ft³) se clasifica como compacto.

Mecanismo de Transferencia de Calor

El calor se transfiere del fluido caliente hacia la pared por **convección**, después a través de la pared por **conducción** y, por último, de la pared hacia el fluido frío de nuevo por **convección**.

Suposiciones Comunes

Generalmente, se asume que el intercambiador de calor está bien aislado, de modo que la **pérdida de calor hacia los alrededores es despreciable**. Además, el espesor del tubo es despreciable, puesto que es de pared delgada.

El Fenómeno de Incrustación (Fouling)

La incrustación es la acumulación de depósitos que reducen la eficiencia de la transferencia de calor. Las causas más comunes son:

• La precipitación de **depósitos sólidos** que se encuentran en un fluido sobre las superficies de transferencia de calor.
• La **corrosión** y la **incrustación química** (común en la industria de procesos químicos).
• El crecimiento de algas en los fluidos calientes, conocido como **incrustación biológica**.

Factor de Incrustación (R_f)

El efecto neto de estas acumulaciones sobre la transferencia de calor se representa por un **factor de incrustación R_f**, el cual es una medida de la **resistencia térmica** introducida por la incrustación.

El factor de incrustación depende de la temperatura de operación y de la velocidad de los fluidos, así como de la duración del servicio. La incrustación se incrementa al **aumentar la temperatura** y **disminuir la velocidad**.