Existen dos principales tipos de intercambiadores de calor calentados por vapor, una de las soluciones más utilizadas en la industria, precisamente por su esterilidad y facilidad de regulación, así como su gran poder calorífico.
Estos dos tipos de intercambiadores de calor usados para las aplicaciones de calefacción y procesos que usan vapor son:
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Intercambiador de calor de tubos
Tradicionalmente, el intercambiador de calor de tubos se ha utilizado para muchas aplicaciones de calefacción y procesos usando vapor en un amplio espectro de industrias. Es robusto y a menudo “sobre-diseñado” para el trabajo.
Tiende a tener una masa inherentemente alta y una histéresis térmica grande, que puede hacer que sea difícil de manejar para algunas aplicaciones críticas.
Los intercambiadores de calor de tubos, a menudo, están muy sobredimensionados en la instalación inicial, principalmente debido a los grandes factores de ensuciamiento aplicados durante el cálculo. En los intercambiadores de calor en los cuales el vapor pasa por los tubos, estos tienden a tener una baja velocidad de trasferencia, lo que reduce:
- Las turbulencias.
- La fatiga de metales en las paredes del tubo.
- La transferencia de calor.
Esta baja velocidad también tiende a no limpiar las superficies del tubo. Por lo tanto, generalmente, se aplican factores altos de ensuciamiento en la etapa de diseño que darán lugar a que se sobredimensionen.
Debido a este sobredimensionamiento, la presión de vapor real después de la instalación es a menudo mucho menor de lo previsto. Si esto no se prevé, el purgador de vapor puede que no sea de tamaño correcto y los tubos de vapor se podrían anegar con condensado, causando un control errático y un rendimiento deficiente.
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El intercambiador de calor de placas
Los intercambiadores de calor de placas son una alternativa útil. Son relativamente pequeños y ligeros, además son extremadamente rápidos para responder a los cambios en las cargas de calor. Cuando están bien diseñados, tienden a no ensuciarse, pero si lo hacen, se pueden desmontar, limpiar y volver a poner en servicio fácilmente.
En comparación con los intercambiadores de calor de tubos, pueden operar a presiones más bajas para el mismo servicio, pero debido a sus altas características de transferencia de calor y un menor requisito de sobredimensionado, son aún más pequeños y menos costosos que un intercambiador de calor de tubos comparable.
Por lo tanto, los intercambiadores de calor de placas (cuando están correctamente diseñados para trabajar con vapor) son más adecuados económicamente para caídas de presión altas a través de las válvulas de control que sus homólogos de tubos. Esto puede darnos la ventaja de usar válvulas de control más pequeñas y menos caras, minimizando al mismo tiempo el coste del propio intercambiador de calor.
En general, es mejor diseñar el sistema para que el intercambiador de calor de placas funcione con una caída de presión crítica (o con la caída de presión más alta posible) a través de la válvula de control a plena carga.
Hay que destacar que no todos los intercambiadores de calor de placas son adecuados para trabajar con vapor. Es muy fácil comprar un intercambiador de calor diseñado para trabajar con líquidos y asumir erróneamente que funcionará perfectamente cuando se calienta con vapor.
La correcta selección cuando se usa vapor no es sólo cuestión de compatibilidad de presión/temperatura. Los buenos fabricantes disponen de los conocimientos necesarios, y siempre se deberá buscar cuando el vapor es la principal fuente de energía.
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Dimensionado de válvulas de vapor usando una caída de presión arbitraria
