Recuerde
En el funcionamiento de los intercambiadores, uno de los fluidos siempre sale a mayor temperatura que a la que entra y el otro a menor temperatura que la de su entrada.
En función del diseño, los intercambiadores pueden clasificarse en cuatro tipos fundamentalmente:
1 Intercambiadores de tubos concéntricos.
2 Intercambiadores de tubos aleteados.
3 Intercambiadores de carcasa y tubo.
4 Intercambiadores de placas.
Intercambiadores de tubos concéntricos
De los modelos de intercambiadores de calor, es el más simple que puede encontrarse y tradicionalmente era el más utilizado. Consta de dos tubos concéntricos de diferente diámetro, uno interior y otro exterior.
El fluido encargado de calentar (o enfriar) circulará por el espacio que se encuentra entre los dos tubos, entre la pared exterior del tubo de menor diámetro y la pared interior del tubo de mayor diámetro, mientras que el fluido calentado (o enfriado) circula por el interior del tubo central.
Intercambiador de tubos concéntricos
Intercambiadores de tubos aleteados
Son utilizados indistintamente para calentar (o enfriar) el aire que circula por la superficie de las aletas, o para enfriar (o calentar), con ayuda de un flujo de aire, el fluido circulante por los tubos, de la misma forma que lo hace el radiador de una motocicleta.
El objetivo de las aletas es el de aumentar la superficie de transferencia térmica que entra en contacto con el aire, de forma que se facilite el intercambio.
Suelen estar construidos de materiales metálicos, generalmente de cobre, aluminio o acero inoxidable.
Intercambiadores de carcasa y tubos
Tienen una gran presencia en la industria para el intercambio térmico entre dos líquidos.
Están compuestos por una carcasa exterior que contiene un haz de tubos. Uno de los fluidos circulará por el interior de los tubos y el otro por el espacio libre entre los tubos y la carcasa exterior, de tal forma que la cesión de energía térmica se realiza a través de la pared de los tubos interiores.
Intercambiadores de placas
Compuestos por una serie de placas unidas entre sí y montadas sobre una estructura de soporte, estos intercambiadores se diseñan para que los fluidos realicen el intercambio térmico a través de toda la superficie de la chapa que los separa. Con estos intercambiadores se obtienen altas superficies de intercambio aunque también provocan altas pérdidas de carga.
Estos equipos pueden ser ampliados sin dificultad, añadiendo placas adicionales, ya que estas son independientes entre sí.
Recuerde
Existen cuatro tipos de intercambiadores: de tubos concéntricos, de tubos aleteados, de carcasa y tubo y de placas.
Aplicación práctica
En la industria en la que trabaja han detectado un problema de atascos continuos en el intercambiador de placas que precalienta la corriente de alimentación al proceso.
Tras un exhaustivo análisis se ha detectado que el problema de atascos era debido al alto contenido en sólidos de la corriente que se calentaba, y se decide cambiar este modelo de intercambiador por otro acorde a las necesidades del proceso.
Si sabe que el aumento de temperatura que necesita la alimentación es pequeño, ¿qué intercambiador instalaría usted? ¿Por qué?
SOLUCIÓN
El intercambiador de tubos concéntricos sería el más adecuado, ya que el fluido a calentar puede circular por el tubo interior como si fuera un tramo más de tubería, por lo que no se producirían deposiciones de sólidos. Este cambio es factible, dado que el aumento de temperatura del fluido es pequeño. Si no fuese así, habría que seleccionar otro modelo de intercambiador, el de carcasa y tubos concretamente.
2.3. Reactores
Un reactor químico puede ser cualquier equipo en el que tenga lugar una reacción química, desde un recipiente abierto hasta una tubería en la que la reacción se produce a medida que el flujo la atraviesa, aunque las exigencias para los reactores químicos industriales son mayores que el simple hecho de contener una reacción química, ya que estos estarán diseñados para:
1 Asegurar un tiempo de contacto entre los reactantes que permita alcanzar la conversión a productos para la que fue diseñado.
2 Proporcionar un tipo de contacto o flujo adecuado en el interior del equipo para conseguir la mezcla homogénea de los reactantes.
3 Soportar condiciones de temperatura, presión y composición de reactivos y productos, de forma que se maximice la producción y se minimicen los riesgos para la seguridad.
4 Ser adecuados para los estados de agregación de reactantes y productos de reacción.
Los principales tipos de reactores son:
1 Reactores de tanque agitado.
2 Reactores flujo pistón.
Las principales diferencias entre ambos están en la forma en la que se mezclan los reactantes y en cómo se obtiene el producto.
En el caso del tanque agitado, la composición de cada porción de volumen es la misma, mientras que en el flujo pistón la concentración de reactantes será más pobre y la producción más rica cuanto más alejado esté el punto de muestreo de la entrada de reactantes.
La reacción química provoca que la composición de la salida de un reactor sea diferente a la alimentación, pudiendo ocurrir que el estado de agregación de la corriente de productos sea diferente que el de la corriente de alimentación. Es decir, los gases pueden ser reactantes para producir líquidos y estos pueden ser reactantes para producir sólidos suspendidos en líquidos, etc.
A pesar de que ambos tipos de reactores operan de forma estacionaria o continua, pueden encontrarse reactores de funcionamiento no estacionario, entre los que se encuentran los reactores semi-continuos o de trabajo por lotes, e incluso reactores para producción en discontinuo. Dependiendo del producto a obtener y del tipo de reacción, se incluirá en el proceso un modelo diferente de reactor, existiendo una gran variedad de estos.
Recuerde
La reacción química provoca que la composición de la salida de un reactor sea diferente a la alimentación.
2.4. Columnas de destilación o separación
Las columnas de destilación son, probablemente, los equipos de separación más importantes de la industria química. Gracias a ellos es posible el fraccionamiento de crudos y, por tanto, la producción de combustibles derivados del petróleo.
El funcionamiento de las columnas de destilación se basa en el principio físico-químico de que, al calentar un fluido que contiene varios componentes, estos se separan físicamente en distintas fracciones de