Intercambiador de Calor Funcionamiento,Tipos y Eficiencia

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El intercambiador de calor es un elemento esencial de los sistemas de calefacción, aire acondicionado y refrigeración. Asegura la transferencia de calor entre dos fluidos, sin la última mezcla. Esta transferencia se realiza a través de una pared, con altas capacidades conductoras. Existen diferentes tipos de intercambiadores de calor, utilizados en diferentes campos. Con nuestra explicación, descubriras todo lo que necesitas saber sobre el intercambiador de calor, desde su principal funcionamiento hasta su eficiencia, a través de los diferentes tipos que se pueden encontrar.  

El Papel del intercambiador de calor

El papel del intercambiador de calor es transferir la energía térmica de un fluido a otro sin mezclarlos. En el caso de un sistema de calefacción o producción de agua caliente, un primer fluido denominado «calentamiento», considerado como el fluido primario, sirve para calentar el fluido secundario. Para un buen intercambio, los dos fluidos deben tener temperaturas diferentes, es por eso que uno está caliente y el otro frío.  

Para llevar a cabo la transferencia de calor, el intercambiador de calor necesita un material que sea suficientemente conductor para optimizar el intercambio, al tiempo que limita al máximo las pérdidas de calor. Tan pronto como la transferencia de calor se lleva a cabo entre los dos fluidos, el intercambiador de calor ha cumplido completamente su misión.

El Papel del intercambiador de calor

Cabe señalar que el intercambiador de calor no solo se utiliza para calentar un fluido. Dependiendo del sistema para el que se utiliza, su función es garantizar la refrigeración del fluido, este es el caso de los aires acondicionados o refrigeradores.

Su principio de funcionamiento

Para operar, el intercambiador de calor tiene redes paralelas a través de las cuales fluyen los fluidos a diferentes temperaturas. Estos están separados por una pared con capacidades conductoras óptimas. Es la diferencia de temperatura entre los dos fluidos lo que permite el intercambio de calor. De hecho, los más calientes irán naturalmente a los más fríos, calentándose de inmediato y perdiendo calorías. Por lo tanto, cuando entra caliente al intercambiador de calor, el fluido primario calentará el fluido secundario que está frío. Luego se deja enfriado, mientras que el segundo fluido se calienta.  

La naturaleza y evolución de los fluidos

Los fluidos pueden ser de naturaleza diferente dependiendo del intercambiador de calor utilizado. Por lo tanto, hay intercambiadores de calor cuyos fluidos son:

  • Agua
  • Un refrigerante
  • Del aire
  • De aceite
  • Vapor de agua  

Estos fluidos pueden evolucionar de manera diferente de un intercambiador de calor a otro. Por lo tanto, pueden circular:

  • Por el contrario, cuando se mueve en una dirección opuesta entre sí
  • Corrientes paralelas, o concurrentes, cuando ambas se mueven en la misma dirección
  • Cruza las corrientes tan pronto como se mueven tanto en contracorriente como en co-corriente.  

La evolución co-actual no es popular porque las otras dos posibilidades son más efectivas. Por lo tanto, hay muchos intercambiadores de calor cuyos fluidos se mueven contra la corriente o las corrientes cruzadas.  

Los materiales más utilizados

Para que el intercambiador de calor funcione bien, la capacidad conductora de un material es primordial. De hecho, cuanto más conductivo sea el material, mayor será el intercambio de calor óptimo y efectivo. Entre los materiales más utilizados, encontramos:

  • Cobre
  • Acero inoxidable
  • Aluminio
  • Acero  

Estos materiales se encuentran en la mayoría de los radiadores con inercia de fluidos, calderascalentadores de agua. También se encuentran en radiadores de vehículos o en VMC.

Los diferentes tipos de intercambiadores de calor

diferentes tipos de intercambiadores de calor

El funcionamiento de un intercambiador de calor se realiza a través de dos dispositivos principales:

  • Los platos
  • Los tubos  

Hay otros, como intercambiadores de calor con aletas, bloque o espiral. Sin embargo, para los sistemas de calefacción o agua caliente de las viviendas, se utilizan principalmente aquellos con placas y aquellos con tubos.

Además, los intercambiadores de calor no funcionan todos con la misma naturaleza fluida. Por lo tanto, pueden ser de tipo:

  • Agua / agua
  • Vapor de agua / agua
  • Aceite / agua
  • Agua / aire
  • Aceite / aire
  • Aire / aire  

El intercambiador de calor de placas

En el caso del intercambiador de calor de placas, los fluidos se mueven a ambos lados de las placas, que generalmente son onduladas. Este tipo de intercambiador de calor se usa con frecuencia porque es muy eficiente. Se encuentra en aires acondicionados, refrigeradores o calderas, para la producción de agua caliente sanitaria.  

Las placas utilizadas en este dispositivo pueden ser:

  • Articulado
  • Soldadas
  • Montado por fusión  

Para cada tipo, es esencial que el sello entre cada placa sea máximo para que los fluidos de diferentes temperaturas no se mezclen. Aquí, son las placas las que servirán como conductor de calor, se fabrican en uno de los materiales mencionados anteriormente.  

Por lo tanto, el intercambiador de calor de placas puede tener un sistema de agua / agua, pero también aire / aire, como es el caso de ciertos sistemas de ventilación mecánica controlada (VMC). En este ejemplo, el intercambio de calor es de corrientes cruzadas.  

El intercambiador de calor tubular

El intercambiador de calor tubular, o multitubular, consta de muchos tubos que se colocan en una carcasa. Altamente resistente a la presión, sin embargo, es bastante voluminoso y no es necesariamente adecuado para instalaciones domésticas.  

Es por estas razones que se utiliza en instalaciones potentes. Por ejemplo, generalmente este tipo de intercambiador de calor se utiliza en las torres de enfriamiento de las centrales nucleares.  

El intercambiador de calor en forma de bobina

El intercambiador de calor en forma de bobina utiliza un tubo que se sumerge en agua. El fluido primario fluye a través de la bobina y calienta el fluido secundario en el que se sumerge el tubo.  

Se encuentra en tanques de compensación con un intercambiador o en aires acondicionados, por ejemplo.  

Otros tipos de intercambiadores de calor

Los tipos de intercambiadores de calor presentados anteriormente no son los únicos disponibles. De hecho, hay otros que son para su propio uso con fines específicos, a menudo dedicados a la industria. Podemos citar:

  • Intercambiador de bloque o microcanal utilizado en unidades exteriores de bombas de calor
  • El intercambiador con aletas, que se encuentra en los radiadores de los vehículos.

La eficiencia del intercambiador de calor

Cuanto más bajas son las pérdidas térmicas, mayor es la eficiencia del intercambiador de calor. Por este motivo, es muy importante que el material utilizado en el diseño sea lo más conductor posible. 

Por lo tanto, al elegir un sistema con el mejor rendimiento, los ahorros de energía se sienten de inmediato. Esto también es cierto para la calefacción, el aire acondicionado o la producción de agua caliente sanitaria. Ya sea para una caldera, un calentador de agua, un tanque de almacenamiento, radiadores o una bomba de calor, el intercambio de calor entre los fluidos debe ser el mejor posible.

La temperatura

La diferencia de temperatura entre los dos fluidos que circulan en el intercambiador de calor es muy importante. De hecho, expresado en Kelvin (K), o en grados Celsius (° C), la temperatura delta (dT), o desviación, debe ser suficiente para garantizar el intercambio de calor. Sin esta brecha, la transferencia no podría tener lugar o sería muy difícil y, por lo tanto, consumiría energía. 

Para calentar el fluido primario, el sistema en el que se encuentra el intercambiador de calor recuperará la energía generada por las resistencias eléctricas o por los productos de combustión (gas, etc.).  

La eficiencia del intercambiador de calor

De qué depende su eficiencia

La eficiencia del intercambiador de calor, por lo tanto, depende de muchos criterios, a saber:

  • La temperatura delta entre cada fluido
  • Conductividad del material utilizado.
  • Reducción de la pérdida de calor.  

En algunos sistemas, se prefieren los intercambiadores de calor de placas, mientras que en otros los tubulares son más eficientes.

Ahora sabes todo lo que necesitas saber sobre el intercambiador de calor. Gracias a esta información, conoces cómo funcionan los diferentes sistemas que permiten el intercambio de calor, ya sea para tu calefacción, para tu aire acondicionado o para tu agua caliente sanitaria.

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