1. CONCEPTOS FUNDAMENTALESEn general, un intercambiador de calor es un aparato recorrido por dos o ms medios, uno de los cuales cede a los de ms calor o fro. Casi siempre resulta conveniente enfriar los productos de la reaccin en un enfriador. El calor as recuperado, puede utilizarse para recalentar otros productos o para precalentar los empleados en el propio proceso. Incluso es obligado a veces proceder a este precalentamiento, a fin de obtener temperaturas bastantes elevadas para que el proceso de fabricacin se desenvuelva normalmente. Se ha reconocido que el empleo juicioso de los balances trmicos conduce a resultados interesantes, en lo que respecta a la rentabilidad.TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALORLos intercambiadores de calor se pueden clasificar en muchas formas diferentes. Una forma consiste en basar la clasificacin en las direcciones relativas del flujo de los fluidos calientes y fro, dando lugar a trminos como fluidos paralelos, cuando ambos fluidos se mueven en la misma direccin; flujo encontrado, cuando los fluidos se mueven en paralelo pero en sentido opuesto; y flujo cruzado, cuando las direcciones de flujo son mutuamente perpendiculares.2.1.- INTERCAMBIADORES CON SUPERFICIES EXTENDIDASLos tubos aletados se usan porque las aletas aumentan el intercambio de calor en alrededor de 10 a 15 veces por unidad de longitud. Las aletas se fabrican de una gran variedad de diseos y formas geomtricas. Las aletas longitudinales se usan en intercambiadores de doble tubo, mientras que las aletas transversales circulares cortas (lowfins) se usan enintercambiadores de haz de tubos ycoraza. Esto se debe al hecho deque en los intercambiadores de doble tubo el flujoes paralelo a los tubos, mientras en los de haz de tubos y coraza es normal al banco de tubos. Aletas ms altas (highfins) se usan en intercambiadores sin coraza o con flujo normal al eje del banco de tubos.Existe una enorme variedad de diseos de intercambiadores con superficies extendidas, pero los ms comunes son los derivados de los diseos bsicos de intercambiadores de tubos lisos. Es decir, intercambiadores de doble tubo, de serpentina o de haz de tubos y coraza en los que se usa tubo aletado.2.1.1.- INTERCAMBIADORES DE DOBLE TUBO ALETADOSTanto en el caso de intercambiadores de un solo tubo como multitubo las aletas son longitudinales, continuas y rectas. Otros tipos de aleta son poco usadas, porque la resistencia hidrulica que ofrecen es mayor sin aumento de la eficacia de intercambio, adems de ser ms caras. Se usan principalmente en el calentamiento de lquidos viscosos, en casos en que los lquidos tienen propiedades de intercambio de calor y de ensuciamiento muy diferentes, y cuando la temperatura del fluido a calentar no puede exceder un mximo. Por lo general la disposicin geomtrica de las aletas es en el exterior del tubo interno, como vemos en el siguiente croquis.El uso de aletas tambin tiene justificacin econmica porque reduce significativamente el tamao y cantidad de unidades de intercambio requerida para undeterminado servicio. Otra aplicacin de los tubos aletados es el calentamiento de lquidos sensibles al calor, Iodos o pastas. Debido a la mayor rea de intercambio, las aletas distribuyen el flujo de calor ms uniformemente. Al calentar aceites o asfalto, por ejemplo, la temperatura de las aletas es menor que la de la caraexterna del tubo interior. Por lo tanto, la temperatura de la capa de aceite o asfalto en contacto con las aletas es menor, reduciendo en consecuencia el peligro de deterioro o carbonizacin, produccin de coque y daar o eventualmente ocluir parcialmente el intercambiador, reduciendo drsticamente su eficiencia de intercambio. En aplicaciones de enfriamiento, colocando la corriente a enfriar del lado de las aletas (de la coraza) se obtiene un enfriamiento a mayor temperatura, de modo que la solidificacin de ceras en hidrocarburos viscosos o la cristalizacin o depsitos enbarros es menor o inexistente.2.1.2.- INTERCAMBIADORES DE HAZ DE TUBOS ALETADOSEl tipo de aleta ms comnmente usado es la transversal. Los intercambiadores con aletas transversales se usan principalmente para enfriamiento o calentamiento de gases o en flujo cruzado. La aleta transversal ms comn es la tipo disco, esdecir de forma continua. Contribuyen a ello razones de robustez estructural y bajo costo, ms que la eficiencia de la aleta, que es menor para el tipo disco que paraotras formas ms complejas.Las aplicaciones actuales ms comunes son en los siguientes servicios: enfriamiento de agua con aire, condensacin de vapor, economizadores y recalentadores de vapor en hornos de calderas y serpentines de enfriamiento de aire en acondicionadores y otros servicios que involucran calentamiento o enfriamiento de gases. Estas aplicaciones en general no requieren coraza, ya que el haz de tubos no se encuentra confinado sino ms bien interpuesto en el canal conductor de gases. El flujo en todos los casos es cruzado. Los intercambiadores de haz de tubos aletados y coraza se emplean en las mismas condiciones que mencionamos anteriormente, fundamentalmente cuando la temperatura del lado de coraza no puede exceder un cierto valor relativamente bajo y las condiciones de operacin indican este tipo de intercambiador.2.2.- INTERCAMBIADORES COMPACTOS DE ESPIRALLos intercambiadores compactos ms frecuentes son del tipo espiral. El intercambiador de placas en espiral se comenz a usar en Suecia alrededor de 1930 para recuperar calor de efluente contaminado de la industria papelera. En 1965 la empresa que los fabricaba fue comprada por el grupo sueco Alfa-Laval que es el fabricante ms grande en la actualidad, aunque no el nico.Encuentra aplicacin en casos en los que los fluidos no ensucian o ensucian muy poco, porque su construccin no permite la limpieza mecnica. Para poder acceder al interior del equipo habra que desarmarlo y volverlo a soldar, lo que por supuesto esta fuera de la cuestin y no debiera siquiera pensarse en encarar semejante tarea. El nico en condiciones de hacerlo es el fabricante. No obstante algunas marcas producen modelos desarmables en los que se han reemplazado las uniones soldadas por uniones con junta empaquetada. Este tipo de equipo no se puede someter a presiones elevadas, pero permite un acceso algo ms fcil aunque siempre limitado al interior para efectuar limpieza mecnica.Tampoco se pueden usar cuando alguna de las corrientes es corrosiva, debido a que no se pueden reemplazar las partes daadas. En los casos en que ambas corrientes no ensucian o producen un ensuciamiento moderado que se puede eliminar por limpieza qumica, es probablemente el tipo de intercambiador ms eficiente por diversos motivos.

* EstructuraSu estructura consiste en un par de placas largas enroscadas formando una espiral, separadas de modo que se obtiene un espacio entre placas por el que circulan los fluidos. El fluido clido entra por el centro del espiral y sale por la periferia, mientras que el fro entra por la periferia y sale por el centro en el extremo opuesto a la entrada del clido. Esta disposicin se conoce como flujo en espiral y si bien se considera contracorriente, en rigor de verdad no es estrictamente contracorriente pura, tan es as que se requiere una pequea correccin a la MLDT para llevar los valores calculados a la realidad. El siguiente croquis muestra la estructura de un intercambiador placa espiral de una conocida marca, con detalle de la disposicin de las corrientes. Examinando la figura de la derecha vemos que el equipo est formado por dos espacios en los que las corrientes intercambian calor a contracorriente pura. Esto significa que estos equipos tienen mayor eficiencia trmica que los de casco y tubos, porque a menos que un intercambiador de casco y tubos tenga un solo paso por los tubos y un solo paso por el casco, las corrientes no estn en contracorriente. Por eso (Adems de su construccin ms compacta) los intercambiadores de placa espiral ocupan menos espacio que los de casco y tubos capaces de prestar el mismo servicio. Tambin se pueden encontrar disposiciones fsicas ms robustas con tapas bridadas que permiten soportar presiones. En la siguiente figura se observa la misma disposicin de las corrientes, es decir con flujo espiral, donde el fluido clido entra por A y sale por el cabezal superior (Que se omite en la figura), mientras que el fluido fro entra por B y sale por C.

* AplicacionesLos intercambiadores compactos de placa en espiral encuentran su principal aplicacin en los fluidos que arrastran slidos en suspensin. Si se intenta llevar a cabo el intercambio de calor con equipos de casco y tubos se corre el riesgo de que los slidos se depositen en los puntos de estancamiento que inevitablemente existen en estos equipos, dificultando el flujo por obstruccin parcial y disminuyendo la eficacia del equipo. Si se usan intercambiadores compactos de placa espiral en cambio estos problemas no se presentan porque no tienen puntos de estancamiento. La velocidad de los fluidos en estos intercambiadores es la misma en todos los puntos del equipo, y la turbulencia extra asociada con los permanentes cambios de direccin impide la sedimentacin.Adicionalmente, como ya hemos dicho se usan intercambiadores compactos de placa en espiral en aplicaciones que involucran cambios de fase, donde encuentran gran aceptacin particularmente en operaciones al vaco.* Casos en los que no convienen utilizar intercambiadores de espiral* Cuando la diferencia de presin entre ambas corrientes es muy grande. Debido a que no se pueden construir con espesores de pared superiores a 0.5 pulgadas, la diferencia de presin entre corrientes est limitada a unas 400psi. En las unidades de pequeo tamao de espesos generalmente es menor aun, dependiendo del tamao y del material usado en su construccin.* Debido a que las chapas en espiral estn soldadas, la temperatura operativa no puede exceder la mxima que puede tolerar la soldadura. Generalmente el costo crece mucho cuando se usan materiales y soldaduras resistentes a las temperaturas elevadas, digamos por caso 700C. Pero por otro lado esto tambin es cierto en cualquier otro diseo.* El costo por unidad suele ser algo mayor que el de un equipo por casco y tubo capaz de la misma prestacin, debido a la construccin ms complicada. Por supuesto, el hecho de ser compacto hace que su peso por unidad de volumen sea muy superior para prestaciones similares que los de casco y tubos. En consecuencia, el costo por unidad de volumen es mucho ms elevado.* Ventajas de los intercambiadores compactos de espiral* Presentan coeficientes de transferencia globales ms elevados que los intercambiadores de casco, y tubos, con velocidades lineales menores debido al efecto turbulento producido por el constante cambio de direccin de flujo.* No tienen puntos de estancamiento de ninguna de las corrientes (a diferencia de los intercambiadores de casco y tubos, que generalmente lo tienen) y no existe la posibilidad de acumulacin de suciedad, ni de variaciones importantes de temperatura en esos puntos.* Ocupan mucho menos espacio debido a que la superficie efectiva de intercambio de calor por unidad de volumen es ms alta.* Los equipos compactos de construccin totalmente soldada son menos proclives a presentar fugas ya sea internas (entre las corrientes) como hacia el exterior.* Debido a la velocidad constante que se mantiene en ambas corrientes es improbable el depsito de slidos en suspensin, siempre que esta velocidad sea suficiente para impedirlo.3.- DISEO DE INTERCAMBIADORES.