PRACTICAS DE INTERCAMBIO DE CALOR

Equipo diseñado para la comparación de la eficacia de transmisión de calor con distintos tipos de
intercambiadores, analizando las diferentes variables que influyen en el proceso

Descripción

El Entrenador de Intercambiadores de Calor es un equipo diseñado para el estudio de estos dispositivos de extendido uso en la industria. En el mismo se podrán llevar a cabo prácticas como apoyo a la teoría de intercambio de calor, pudiendo efectuar mediciones de las temperaturas en todos los puntos de interés y estudiar la influencia de diversos parámetros en la efectividad del intercambio.

El equipo permite efectuar una comparativa entre los tres tipos de intercambiador más extendidos: intercambiador de placas, intercambiador de tubos concéntricos e intercambiador de carcasa y tubos. Para ello consta de tres montajes distintos, cada uno de los cuales incluye un intercambiador de cada uno de los tres tipos citados.

Como es sabido, el principio de los intercambiadores de calor se basa en la transmisión de energía calorífica entre dos fluidos a distintas temperaturas a través de la superficie de separación entre los conductos de ambos, de manera que el fluido a mayor temperatura cede calor al fluido a menor temperatura. De este modo las temperaturas de ambos tienden a igualarse, consiguiendo el objetivo propuesto, que será en unos casos calentar un fluido y en otros enfriarlo.
Son muchos y muy diversos los aparatos diseñados para suministrar o eliminar calor, aunque los equipos que se presentan a continuación son los tres sistemas típicos de intercambiadores de calor:

– Intercambiadores de calor de placas desmontables.

Se trata del sistema de intercambio de calor más eficaz. Está basado en una serie de placas montadas en paralelo, mecanizadas de tal forma que al unirlas forman entre ellas unas cámaras por las cuales pasa por un circuito el líquido refrigerante y por el otro el líquido a refrigerar, siendo este sistema de un gran rendimiento al tener una gran superficie de intercambio de calor con un volumen externo muy limitado. Asimismo es un sistema de fácil mantenimiento y limpieza.

– Intercambiadores de calor de doble tubo.

Constituidos por dos tubos concéntricos, por los que circula un fluido por el interior del tubo interior y otro fluido por el espacio anular. Intercambian calor a través de la pared que separa los dos fluidos. Se usan para intercambiar pequeños caudales de calor.

– Intercambiadores de calor de carcasa y tubos.

Están compuestos por una carcasa cilíndrica en cuyo interior se dispone de un haz de tubos de pequeño diámetro, paralelamente al eje del cilindro. Un fluido se hace circular por el interior de los tubos, mientras que el segundo fluido circula por el interior de la carcasa bañando los tubos del haz por su pared exterior. En los extremos del haz de tubos se disponen los cabezales del intercambiador que permiten distribuir el fluido que circula por los tubos. Asimismo, diversos tabiques deflectores colocados en la carcasa hacen que el fluido externo circule en dirección lo más perpendicular posible al haz de tubos, mejorando la transmisión de calor.

Todos los equipos de intercambio de calor están diseñados con un área de transmisión de calor de 0.06m2, de tal forma que si se adquieren los tres equipos se pueda realizar una comparación entre ellos. Por tanto, exceptuando el tipo de intercambiador de calor, los caudales de agua caliente y fría, así como las temperaturas utilizadas serán de la misma magnitud en los tres equipos.
El rango de temperaturas para el agua caliente en los tres equipos es de 50-80ºC y para el agua fría de 10-50ºC.

El equipo está montado sobre un bastidor de sobremesa construido en acero inoxidable que contiene los tres sistemas descritos, así como los elementos auxiliares necesarios para su normal funcionamiento.

El equipo se completa con las válvulas manuales necesarias para su manejo. Todos los elementos irán montados sobre una estructura de acero inoxidable. Y un panel de control eléctrico donde irán ubicados los interruptores de accionamiento de los distintos elementos eléctricos del equipo, así como los visualizadores controladores de temperatura.

Se puede suministrar además un computador PC conectado al equipo en el que se puede ejecutar un paquete de software SCADA que permitirá visualizar y controlar de forma remota la unidad.

La comunicación se realiza a través de tarjetas especificas de adquisición de datos, incluidas en el cuadro eléctrico y de control de la planta. El funcionamiento remoto se selecciona mediante un conmutador existente también en el cuadro de control. En el momento en que se selecciona el modo de funcionamiento remoto, el panel de mando de la planta deja de ser operativo, y el control se realiza desde el programa instalado en el PC.

El equipo consta de los siguientes elementos:

Bastidor de sobremesa de acero inoxidable
Un intercambiador de placas
Un intercanbiador de tubos concéntricos
Un intercambiador de carcasa y tubos
Una bomba de alimentación
Válvulas
Medidores de caudal
Sondas de temperatura
Cuadro de mando
Detector de nivel
Visor de nivel
Interruptores y selectores
Controladores
Resistencias de

El equipo permite realizar las siguientes prácticas:

Estudio del efecto de la velocidad del flujo del fluido frío y del caliente.
Estudio del efecto de la temperatura del fluido caliente.
Estudio del balance de energía.