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Instalación de energía solar térmica

¿Qué es un intercambiador de calor? Funcionamiento y tipos

¿Qué es un intercambiador de calor? Funcionamiento y tipos

Un intercambiador de calor  es un dispositivo técnico en el que el intercambio de calor se lleva a cabo entre dos medios que tienen diferentes temperaturas.

¿Cómo funciona un intercambiador de calor?

La forma de funcionar un intercambiador de calor depende del tipo de intercambiador. Sin embargo, el principio de funcionamiento es el mismo.

El intercambiador tiene dos entradas y dos salidas por el que entran y salen dos fluidos a temperaturas distintas. Ambos fluidos entran en contacto con una superficie con una elevada transmisión térmica, cada uno por un lado, sin mezclarse.

El fluido más caliente cede calor a la superficie elevando la temperatura y su energía interna. A la vez, la superficie cede esta energía térmica al fluido frío en forma de calor.

¿Cuál es la ley de intercambio de calor?

La ley de intercambio de calor es el conjunto de las leyes de la termodinámica que regulan la transferencia de calor entre dos elementos:

Tipos de intercambiadores de calor

Dependiendo del diseño de los intercambiadores, los principales tipos son:

1. Intercambiador térmico de doble tubo (o "tubos concéntricos")

Los fluidos fluyen en dos tubos coaxiales, uno interior y otro exterior. En este intercambiador, el fluido con más temperatura fluye por el conducto interior cediendo calor al fluido con menor temperatura que fluye alrededor. También se conocen como intercambiadores encamisados.

2. Intercambiador de calor de tubos y coraza

En el intercambiador de coraza y tubos, uno de los fluidos pasa por el interior y el otro por el exterior de los tubos, en una cámara especialmente diseñada (coraza o carcasa).

3. Intercambiador de calor de helicoidal

Consiste en un tubo de forma helicoidal o serpentina dentro del cual fluye el fluido del proceso que se enfría a través de una película de agua que gotea desde arriba.

4. Intercambiadores de calor de placas

Los intercambiadores de calor de placas consisten en un conjunto de placas en las que los fluidos fluyen en canales alternados, en contra corriente.

Un caso particular es el intercambiador de calor de placas con juntas. En este tipo de intercambiador, las placas tienen los canales sellados con con juntas elastoméricas y el flujo fluye hacia canales alternativos. El paquete de placas se monta entre un marco y una placa de presión comprimida con pernos.

5. Intercambiador en espiral

los dos fluidos pasan a los lados opuestos de una lámina, generalmente lisos, en cámaras únicas de gran longitud, enrolladas en espiral.

6. Intercambiador de grafito u otro material

Las corrientes circulan en orificios cilíndricos, generalmente dispuestos ortogonalmente en los dos lados; intercambiadores de superficie extendida.

Otros tipos de intercambiadores de calor

Existen otras clasificaciones de intercambiadores:

Según la dirección del flujo

  • Flujo paralelo: los fluidos frío y caliente fluyen en la misma dirección.

  • Contraflujo: los fluidos entran por extremos diferentes y circulan en la misma dirección pero en sentidos opuestos. En este caso, la recuperación de calor es mucho más eficiente que en el de flujo paralelo.

  • Flujo cruzado: los fluidos fluyen a través de un haz de tubos perpendiculares entre ellos.

  • De paso simple: en este tipo de intercambiador, el fluido sólo intercambia calor en una sola vez. A veces, la transferencia de energía calor no es suficiente y se combinan dos o más intercambiadores en serie.

  • Múltiples Pasos: Los fluidos intercambian calor más veces.

  • Regenerativos y no regenerativos: si se utiliza el mismo fluido o no.

Según el tipo de contacto

Dependiendo de cómo interactúan los fluidos distinguimos los siguientes intercambiadores de calor:

  • Contacto directo: las interfaces de los fluidos que intercambian calor están en contacto directo entre sí.

  • Contacto indirecto: las interfaces de los fluidos están separados por una superficie que transmite el calor.

Ejemplos de uso de intercambiadores de calor

Los intercambiadores de calor se utilizan en los procesos tecnológicos de las industrias de refinación de petróleo, petroquímica, química, energía nuclear, refrigeración, gas y otras.

En las instalaciones de la energía solar el intercambiador de calor se utiliza para transferir el calor captado a través de la radiación solar a otro fluido de trabajo. La energía solar térmica se puede utilizar tanto para suministrar energía térmica en un sistema de calefacción como en centrales termoeléctricas solares.

Otros ejemplos de intercambiadores de calor comunes son el radiador del automóvil y el calentador para calefacción doméstica.

 

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Fecha publicación: 13 de febrero de 2019
Última revisión: 9 de septiembre de 2021