En un artículo anterior explicamos qué son los intercambiadores de calor y cómo funcionan. En esta guía nos centraremos en los tipos de intercambiadores de calor, organizados según distintos criterios de diseño y operación. Conocer estas variantes es fundamental para seleccionar el equipo adecuado en cada instalación, ya que el rendimiento, la durabilidad y la eficiencia dependen en gran medida de la configuración escogida.
Tipos de intercambiadores de calor según el contacto entre fluidos
- Intercambiadores de calor directo: en este caso los fluidos se mezclan durante el proceso de intercambio. El calor se transfiere de manera muy rápida, lo que permite diseños compactos y eficaces. Sin embargo, la mezcla implica que los fluidos se contaminen entre sí, por lo que solo se utilizan cuando esta condición no supone un problema. El ejemplo más claro son las torres de refrigeración, donde el agua en contacto directo con el aire permite disipar grandes cantidades de calor.
- Intercambiadores de calor indirecto: los fluidos no llegan a mezclarse porque están separados por una superficie sólida, como un tubo o una placa metálica. El calor pasa de un fluido al material por convección, atraviesa el material por conducción y finalmente se transfiere al otro fluido también por convección. Este tipo es el más extendido en la industria, ya que evita la contaminación de los fluidos y ofrece un control más preciso de las condiciones de operación.
Tipos según la dirección del flujo
Entre los tipos de intercambiadores de calor de esta categoría, encontramos:
- Paralelo. El fluido caliente, que circula por el tubo interior, y el frío, que circula por el exterior, fluyen en la misma dirección y en el mismo sentido.
- Contraflujo. Los fluidos se desplazan en la misma dirección, pero en sentidos contrarios, por lo que entran al intercambiador por extremos opuestos. Este tipo de intercambiador es más eficiente que el de flujo paralelo, pues consigue que la temperatura de salida del fluido frío sea más alta y la del caliente sea más baja.
- Cruzado. Los fluidos recorren el intercambiador de forma perpendicular con respecto al otro, pero no se tocan, puesto que uno pasa a través del tubo y el otro lo rodea. Su aplicación es más común cuando uno de los fluidos en circulación cambia de fase dentro del aparato. Dentro de este tipo se realiza la siguiente distinción: de “tipo mezclado”, cuando uno de los fluidos circula sin restricciones, y de “tipo no mezclado”, cuando se instalan unas placas que determinan la dirección del flujo.
- Combinado. Algunos intercambiadores permiten que uno de los fluidos pueda circular tanto en paralelo como en contracorriente. Por ejemplo, en un intercambiador de calor tubular en el que el fluido caliente fluya por la carcasa, el fluido frío podría pasar dos veces por el interior del intercambiador, una en cada sentido, para maximizar el intercambio térmico.
Tipos de intercambiadores de calor según el número de pasos
- Paso simple. Solo se intercambia calor en una ocasión. A veces, se instalan varios intercambiadores en serie para aumentar la eficiencia del proceso o, simplemente, porque con un solo paso no se consigue la temperatura objetivo.
- Múltiples pasos. Hay más de un punto de intercambio. Estos suelen presentar un flujo combinado, puesto que disponer los tubos en forma de “U” resulta mucho más conveniente para ocupar menos espacio y para aumentar la transferencia de calor.
Tipos de intercambiadores según la estructura constructiva
Entre los tipos de intercambiadores de calor de esta categoría, encontramos:
- Intercambiadores de placas. Compuestos por un conjunto de placas metálicas finas que se apilan y forman canales por donde circulan los fluidos. Son muy compactos, fáciles de desmontar y limpiar, y ofrecen un excelente rendimiento térmico. Se utilizan en climatización, industria alimentaria y procesos farmacéuticos.
- Intercambiadores de carcasa y tubos. Formados por un haz de tubos alojados dentro de una carcasa cilíndrica. Un fluido circula por el interior de los tubos y otro por el espacio entre los tubos y la carcasa. Son equipos muy robustos, capaces de trabajar con altas presiones y temperaturas, lo que los hace habituales en industrias químicas, petroquímicas y de generación de energía.
- Refrigerados por aire. En lugar de usar agua u otro fluido secundario, emplean el aire ambiente como medio de enfriamiento. Para mejorar la transferencia de calor, incorporan aletas que amplían la superficie de contacto. Son muy usados en automoción, refrigeración industrial y maquinaria pesada.
- De tubos concéntricos. Se construyen con un tubo interior por el que circula un fluido y un tubo exterior concéntrico por el que circula el otro. Son equipos simples y económicos, indicados para caudales reducidos y aplicaciones en las que no se requieren grandes superficies de intercambio.
Conclusión
Los tipos de intercambiadores de calor se clasifican en función de cómo circulan los fluidos, el número de pasos o la estructura del equipo. La elección del diseño más adecuado dependerá de la aplicación concreta, los requisitos de presión y temperatura y las características de los fluidos implicados.
Para conocer estándares internacionales y guías técnicas sobre el diseño y la clasificación de intercambiadores, puedes consultar los recursos de ASHRAE, organización de referencia en climatización y transferencia de calor
Si quieres ampliar esta información y comprender mejor cómo funciona un intercambiador de calor en la práctica, te recomendamos leer también nuestro artículo complementario: Intercambiadores de calor: cómo funcionan
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