Qué es un intercambiador de calor tubular y cómo funciona

El principio cero de la termodinámica dicta que dos cuerpos que se encuentran en contacto a temperaturas diferentes tienden a alcanzar el equilibrio térmico. En esto se basa un intercambiador de calor tubular; el de aprovechar la energía calorífica que se crea en este proceso cuando dos fluidos entran en contacto con diferente temperatura. Un principio que costó mucho tiempo descubrir, ahora es fácilmente aprovechable gracias a estos aparatos, y sus aplicaciones son muy variadas en entornos industriales. Veamos qué son y para qué se utilizan.

Qué es un intercambiador de calor tubular

Un intercambiador de calor tubular es un aparato que se diseña para poder transmitir calor entre dos fluidos, vapores o gases, o entre uno de ellos que esté en movimiento y un sólido. También se le conoce por el nombre de intercambiador de carcasa y tubos y su principio es el de realizar una transmisión térmica al cruzarse los fluidos por sus compartimientos.

El intercambiador tubular puede fabricarse en diferentes materiales, como el acero inoxidable, y es capaz de soportar un amplio rango en sus temperaturas de trabajo con presiones altas y bajas, por ello, sus soldaduras son un aspecto importante en su diseño. Son equipos que debido a sus altas velocidades de funcionamiento son extremadamente eficientes favoreciendo una transferencia de calor entre dos cuerpos.

Para qué sirve y diferentes usos

Los intercambiadores de calor tubulares son equipos de proceso muy utilizados en diferentes sectores industriales por la versatilidad de aplicaciones en las que pueden ser usados. Debido a sus diferentes características, son equipos fiables, robustos y que apenas necesitan mantenimiento, ventajas muy destacables que hacen que puedan emplearse en diferentes aplicaciones como:

• Sanitarias: Sobre todo en el sector alimentario, donde la limpieza, los acabados y la drenabilidad juegan un papel fundamental.
• Farmacéuticas: Tanto en biotecnología como en la industria farmacéutica la rugosidad es una característica primordial y su diseño impide la contaminación cruzada entre los diferentes fluidos.
• Industriales: Sobre todo en los sectores químicos y petroquímicos, donde la alta fiabilidad y su larga vida útil son dos cualidades fundamentales.

Estos equipos permiten una gran variedad de configuraciones en función de su desempeño en la transferencia de calor, en su caída de presión y en los diferentes métodos empleados por los fabricantes para reducir las fugas y los esfuerzos térmicos, por ello son empleados en multitud de industrias en usos tan diferentes como:

1. Condensación de gases.
2. Evaporación de líquidos.
3. Elevar la temperatura de fluidos.
4. Refrigeración de fluidos empleando otro de menor temperatura.

Cómo funciona un intercambiador de calor tubular

El funcionamiento del intercambiador de calor se basa en la transferencia de calor que se origina en dos fluidos que están contenidos en las dos cámaras independientes de presión que tiene. Estas se denominan «carcasa» y «haz tubular», y es donde el calor puede transmitirse entre ambas debido a la diferencia de temperatura de los cuerpos que contienen.

Para entender cómo funciona un intercambiador, es necesario conocer cuáles son sus componentes básicos. Los describimos a continuación:

• Haz tubular: es el que aloja al fluido secundario, que es el que se quiere modificar su temperatura.
• Placa tubular: consiste en una placa metálica perforada donde se albergan los tubos. Estos se fijan mediante soldadura o expansión.
• Deflectores: son las diferentes placas que hay sobre el intercambiador. Su función es la de mantener los tubos y la de permitir la circulación del fluido perpendicular al haz tubular.
• Conexiones y carcasas: la carcasa es un cilindro soldado a las placas que forma la envolvente del fluido primario. Lleva las conexiones necesarias para la entrada y salida del fluido secundario.
• Cabezales desmontables: se conectan por ambos extremos a las placas tubulares y facilitan la circulación del fluido por el intercambiador. A veces, disponen de placas de partición para que el fluido circule por varios pasos.

Podemos observar cómo son los intercambiadores de calor tubulares en con todas sus características y tipos principales que se usan en el sector alimentario:

Tipos de Intercambiadores Tubulares

Intercambiadores Tubulares Monotubo

El intercambiador de calor monotubo  está formado por dos tubos corrugados concéntricos. Las dos secciones se optimizan para obtener el máximo rendimiento de intercambio térmico.

Intercambiadores Tubulares Multitubo

El intercambiador tubular multitubo  está formado por un haz de tubos corrugados de diámetro pequeño y paralelos, dentro de una camisa corrugada, soldados a las placas de tubos, sin  juntas. La disposición del haz de tubos se optimiza para obtener el máximo rendimiento de intercambio térmico.

En resumidas cuentas, un intercambiador de calor tubular se usa para el enfriamiento o calentamiento de productos. A veces, nos los podemos encontrar con diferentes nombres como intercambiadores de carcasa o de tubos y su empleo se justifica por diferentes ventajas como su buen mantenimiento, su facilidad en la limpieza y por obtener buenos rendimientos con altas temperaturas y presiones de trabajo.