¿Qué es un Intercambiador de Calor Multitubular?
Un intercambiador de calor multitubular es un tipo de intercambiador de calor.
También conocido como intercambiador de calor de carcasa y tubos, consta de un cuerpo cilíndrico grueso (carcasa) con varios tubos finos para aumentar el área de instalación, y el calor se intercambia entre el fluido que fluye por el lado del cuerpo y el fluido del lado de los tubos.
Los fluidos caliente y frío no deben mezclarse directamente, sino que sólo debe transferirse calor, por lo que es importante que ambos fluidos fluyan a través de paredes fijas separadas por metal u otro material para garantizar una transferencia de calor eficaz.
En el uso real, existen diversos factores, como la temperatura y la presión a utilizar, la naturaleza del fluido y la ubicación de la instalación, y hay una gran variedad de aplicaciones. Si se clasifican por su estructura, los dos tipos más comunes son los intercambiadores de calor multitubulares y los intercambiadores de calor de placas.
Usos de los Intercambiadores de Calor Multitubulares
Los intercambiadores de calor multitubulares se pueden utilizar para todas las aplicaciones, desde baja a alta presión, baja o alta temperatura, sobrecalentamiento, refrigeración, evaporación, etc. Por lo tanto, no sólo se utilizan en instalaciones de aire acondicionado y sanitarias, sino que también se han utilizado en diversos campos de la industria, tales como plantas químicas e instalaciones de refinación de petróleo, durante muchos años.
Principios de los Intercambiadores de Calor Multitubulares
Gracias a su estructura, los intercambiadores de calor multitubulares pueden utilizarse en una amplia gama de aplicaciones, de baja a alta presión y con fluidos de alta viscosidad, ya que se puede reducir la pérdida de presión. Muchos modelos pueden desmontarse gracias a su sencilla estructura, lo que facilita relativamente el mantenimiento. El calor residual también puede utilizarse en el lado del refrigerante, lo que permite ahorrar energía.
Los intercambiadores de calor con fase líquida o gaseosa en un lado se denominan intercambiadores de calor monofásicos. Los intercambiadores de calor bifásicos pueden calentar un líquido hasta convertirlo en gas en ebullición (vapor) (calderas) o enfriar vapor hasta condensarlo en líquido (condensadores), y el cambio de fase suele producirse en el lado de la carcasa.
Las calderas de las máquinas de vapor suelen ser grandes intercambiadores de calor cilíndricos de carcasa y tubos. En las grandes centrales eléctricas con turbinas de vapor, los condensadores de superficie de carcasa y tubos se utilizan para condensar el vapor de escape de la turbina en condensado, que se vuelve a convertir en vapor en el generador de vapor.
Tipos de Intercambiadores de Calor Multitubulares
Los intercambiadores de calor multitubulares pueden clasificarse a grandes rasgos en tres tipos según su construcción.
1. Tipo Tubo-Placa Fijo
El intercambiador de placas tubulares fijas tiene una estructura sencilla con tubos fijados a placas tubulares en ambos extremos del cuerpo. A veces, el cuerpo lleva juntas de dilatación para disipar las tensiones térmicas.
2. Tipo de Tubo en U
Los tubos en U se construyen doblando el tubo en forma de U y fijando la cara extrema del tubo a las placas tubulares de un lado del fuselaje. El tubo puede expandirse y contraerse libremente.
3. Tipo de Cabezal Flotante
Los cabezales flotantes se construyen con una placa tubular fija en un lado y una placa tubular flotante en el otro, lo que permite su libre movimiento. Puede desmontarse y utilizarse incluso en entornos de funcionamiento difíciles, pero tiene el inconveniente de una estructura más compleja y un mayor número de piezas que otros tipos.
4. Intercambiadores de Calor de Placas
Los intercambiadores de calor de placas tienen una estructura en la que los fluidos de alta y baja temperatura fluyen alternativamente entre las placas de transferencia de calor, que están formadas por una serie de complejas placas delgadas prensadas. En comparación con el tipo multitubular, el intercambiador de calor de placas tiene una mayor eficiencia de intercambio de calor y es más ligero y compacto si se compara con un rendimiento equivalente, pero no se puede desmontar y es difícil de mantener.
La forma de las placas de transferencia de calor provoca un efecto turbulento del fluido, lo que dificulta que la suciedad se adhiera a las superficies de las placas, pero esta estructura también puede causar obstrucciones en las vías de flujo.
Más Información sobre los Intercambiadores de Calor Multitubulares
Cómo Seleccionar los Materiales de los Tubos
Los materiales de los tubos de los intercambiadores de calor multitubulares suelen ser metales como aluminio, aleaciones de cobre, acero inoxidable, acero al carbono y aleaciones de cobre no ferrosas. Es importante seleccionar cuidadosamente el material de los tubos, teniendo en cuenta los siguientes puntos a la hora de elegirlos, ya que una selección incorrecta del material de los tubos puede provocar fugas por los lados de la carcasa y de los tubos, contaminación cruzada de líquidos y posibles pérdidas de presión.
- Resistencia
El calor se transfiere del lado caliente al lado frío a través de los tubos, por lo que existen diferencias de temperatura en la anchura de los tubos. Además, los materiales de los tubos tienen diferentes coeficientes de dilatación térmica a distintas temperaturas, por lo que se producen tensiones térmicas durante el funcionamiento y el propio fluido está sometido a altas presiones y tensiones térmicas. - Conductividad térmica
Para que la transferencia de calor en los intercambiadores sea satisfactoria, es importante que el material de los tubos tenga una buena conductividad térmica. - Resistencia a la corrosión
Para minimizar la degradación, el material de los tubos debe ser compatible con el fluido, tanto en el lado de la carcasa como en el de los tubos, durante un largo periodo de tiempo en condiciones de funcionamiento (temperatura, presión, pH, etc.).