Principio del intercambiador de calor

Un intercambiador de calor de placas es un tipo de intercambiador de calor compuesto por finas placas metálicas estampadas con formas corrugadas, que luego se apilan y ensamblan mediante placas de marco y tornillos de sujeción. Los fluidos de trabajo circulan por canales estrechos y tortuosos formados entre placas adyacentes, donde tiene lugar el intercambio de calor a medida que los fluidos caliente y frío atraviesan estos canales interplacas.

El intercambiador de calor de placas de tipo suspendido está compuesto por componentes clave, como placas corrugadas, juntas de estanqueidad, una placa de presión fija, una placa de sujeción, placas intermedias, una placa de presión móvil, soportes, varillas guía de posicionamiento superior e inferior y tornillos de sujeción. Cada placa cuenta con cuatro orificios en las esquinas por los que circulan los dos fluidos que participan en la transferencia de calor. Las placas de transferencia de calor se montan dentro de un marco que incluye, en uno de sus lados, una placa fija y una placa móvil, y el conjunto se asegura mediante tornillos de sujeción. Las placas adyacentes presentan canales corrugados orientados en direcciones opuestas; las intersecciones de estos canales se entrelazan para formar puntos de contacto, lo que genera un flujo turbulento durante el funcionamiento y, en consecuencia, una elevada eficiencia en la transferencia de calor. Las juntas de estanqueidad se adhieren a las placas para sellar los pasajes de los fluidos. Las placas y la placa de presión se suspenden de la varilla guía superior y se mantienen en posición gracias a las varillas guía superior e inferior, que a su vez están ancladas a las columnas de soporte. Si uno o ambos fluidos realizan varios pasos a través del intercambiador de calor, en lugar de un solo paso, la ubicación de los orificios se determina según el número de pasos y se abren en la placa fija, en la placa móvil o en ambas.

El mecanismo de transferencia de calor de un intercambiador de calor de placas se basa en la ley termodinámica según la cual “el calor siempre fluye espontáneamente de un cuerpo a temperatura alta hacia uno a temperatura baja; siempre que exista una diferencia de temperatura entre dos fluidos, la transferencia de calor se producirá inevitablemente”. En el diseño de un intercambiador de calor, las placas se disponen a intervalos determinados y se sujetan entre sí mediante juntas de goma, formando canales de flujo. Dos fluidos con una diferencia de temperatura ingresan a estos canales a través de las tomas angulares y, durante la transferencia de calor por convección forzada, circulan por canales adyacentes—ya sea en contracorriente o en corriente paralela—lo que permite el intercambio térmico a través de las placas. Las placas de transferencia de calor presentan ondulaciones de diversos patrones para aumentar tanto la superficie de contacto como la rigidez estructural. Una geometría de ondulación adecuadamente diseñada garantiza que, incluso a números de Reynolds bajos, el fluido alcance un régimen de flujo altamente turbulento, maximizando así la eficiencia de la transferencia de calor. Asimismo, la geometría superficial ondulada de las placas de transferencia de calor está optimizada de modo que, aun cuando la velocidad del fluido permanezca por debajo del número crítico de Reynolds, el flujo entre las placas exhiba un movimiento tridimensional, generando una turbulencia intensa y reduciendo la resistencia de la capa límite térmica, lo que potencia el rendimiento de la transferencia de calor.

Parámetros de selección requeridos para intercambiadores de calor

1. Caudales (m³/h) en los lados caliente y frío del intercambiador de calor

2. Temperaturas de entrada y salida (°C) de los lados caliente y frío del intercambiador de calor

3. Presión máxima de operación del intercambiador de calor (MPa)

4. Pérdida de presión admisible en los lados caliente y frío del intercambiador de calor (MPa)

5. Tasa total de transferencia de calor del intercambiador de calor (kW o kcal/h)