Un intercambiador de calor de placas y aletas es un tipo de diseño de intercambiador de calor que utiliza placas y cámaras con aletas para transferir calor entre fluidos, más comúnmente gases. A menudo se lo clasifica como un intercambiador de calor compacto para enfatizar su relación relativamente alta entre área de superficie de transferencia de calor y volumen. El intercambiador de calor de placas y aletas se usa ampliamente en muchas industrias, incluida la industria aeroespacial por su tamaño compacto y propiedades livianas, así como en criogenia , donde se aprovecha su capacidad para facilitar la transferencia de calor con pequeñas diferencias de temperatura. [1]
Los intercambiadores de calor de aletas de placas de aleación de aluminio, a menudo denominados intercambiadores de calor de aluminio soldado, se han utilizado en la industria aeronáutica durante más de 75 años y se adoptaron en la industria de separación criogénica del aire en la época de la Segunda Guerra Mundial y, poco después, en los procesos criogénicos en plantas químicas como las de procesamiento de gas natural. También se utilizan en motores de ferrocarril y automóviles. Las aletas de placas de acero inoxidable se han utilizado en aeronaves durante más de 35 años y ahora se están estableciendo en las plantas químicas. [2]
Originalmente concebido por un mecánico italiano, Paolo Fruncillo, un intercambiador de calor de placas y aletas está hecho de capas de láminas corrugadas separadas por placas metálicas planas, generalmente de aluminio, para crear una serie de cámaras con aletas. Corrientes separadas de fluidos fríos y calientes fluyen a través de capas alternas del intercambiador de calor y están encerradas en los bordes por barras laterales.
El calor se transfiere desde una corriente a través de la interfaz de aletas a la placa separadora y a través del siguiente conjunto de aletas al fluido adyacente. Las aletas también sirven para aumentar la integridad estructural del intercambiador de calor y le permiten soportar altas presiones al tiempo que proporcionan una superficie extendida para la transferencia de calor.
El diseño de intercambiadores de calor de placas y aletas ofrece un alto grado de flexibilidad, ya que pueden funcionar con cualquier combinación de gas, líquido y fluidos bifásicos. [3] También se adapta la transferencia de calor entre múltiples corrientes de proceso, [4] con una variedad de alturas y tipos de aletas, así como diferentes puntos de entrada y salida disponibles para cada corriente.
Los cuatro tipos principales de aletas son: simples , que se refieren a diseños triangulares o rectangulares con aletas rectas; en espiga , donde las aletas se colocan lateralmente para proporcionar una trayectoria en zigzag; y dentadas y perforadas , que se refieren a cortes y perforaciones en las aletas para aumentar la distribución del flujo y mejorar la transferencia de calor.
Una desventaja de los intercambiadores de calor de placas y aletas es que son propensos a ensuciarse debido a sus pequeños canales de flujo. Además, no se pueden limpiar mecánicamente y requieren otros procedimientos de limpieza y una filtración adecuada para funcionar con corrientes que pueden ensuciarse.
Existen varios tipos de configuraciones de intercambiadores de calor, como flujo paralelo, flujo cruzado y contraflujo. En el flujo paralelo, los fluidos ingresan al intercambiador de calor a través de sus tubos y fluyen en la misma dirección. En contraflujo, los fluidos fluyen en direcciones opuestas. El contraflujo proporciona la transferencia de calor más eficiente, ya que puede transferir la mayor cantidad de calor del medio de transferencia de calor. El flujo cruzado hace que los fluidos viajen perpendicularmente entre sí a través de un intercambiador de calor. Los intercambiadores también pueden emplear corrugaciones o aletas para alterar sus tasas de transferencia de calor al dirigir los fluidos a ciertas partes de los intercambiadores de calor o aumentar el área de superficie de la pared. [5]
También se puede aumentar la eficiencia de los intercambiadores de calor aumentando la superficie de la pared entre los dos fluidos. Al proporcionar más puntos de contacto para que se produzca la transferencia de calor, se aumenta la velocidad de transferencia. Este método se puede observar en los radiadores domésticos que mantienen una sección transversal sinusoidal curvada para maximizar el contacto de la superficie entre el agua calentada en el interior y el aire de una habitación.
En un intercambiador de calor de placas y aletas, las aletas se pueden reorganizar fácilmente. Esto permite que los dos fluidos generen flujo cruzado, contraflujo, contraflujo cruzado o flujo paralelo. Si las aletas están bien diseñadas, el intercambiador de calor de placas y aletas puede funcionar en perfecta disposición a contracorriente. [6]
El costo de los intercambiadores de calor de placas y aletas es generalmente más alto que el de los intercambiadores de calor convencionales debido al mayor nivel de detalle requerido durante la fabricación. Sin embargo, estos costos a menudo se pueden compensar con el ahorro de costos que se produce por la transferencia de calor adicional.
Los intercambiadores de calor de placas y aletas se utilizan generalmente en industrias en las que los fluidos tienen pocas posibilidades de ensuciarse. El diseño delicado, así como los canales delgados del intercambiador de calor de placas y aletas, dificultan o imposibilitan la limpieza.
Las aplicaciones de los intercambiadores de calor de placas y aletas incluyen:
{{cite book}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )Coulson, J. y Richardson, J (1999). Ingeniería química: flujo de fluidos. Transferencia de calor y transferencia de masa. Volumen 1; Reed Educational & Professional Publishing LTD