Base de conocimiento
Un intercambiador de calor transfiere calor de un fluido a otro sin mezclarlos. Esa sola frase abarca el radiador de un camión, el condensador de un frigorífico y el generador de vapor de una central eléctrica, y la ingeniería está en la manera de poner en contacto los dos fluidos. Tres familias hacen la mayor parte del trabajo en la generación de energía y en la industria: el intercambiador de calor refrigerado por aire, donde el segundo fluido es la atmósfera; el intercambiador de placas, donde dos líquidos se encuentran a través de finas placas prensadas; y el intercambiador de carcasa y tubos, donde un fluido circula por un haz de tubos y el otro a su alrededor.
Esta guía explica cada tipo, para qué sirve mejor y cómo un sistema de refrigeración de motor utiliza los tres.
Intercambiadores de calor refrigerados por aire: baterías de tubo aleteado y ventiladores
Cuando el calor debe terminar en la atmósfera, el aire es el segundo fluido, y el aire es un mal conductor con una baja capacidad calorífica. El intercambiador refrigerado por aire lo compensa con superficie: una batería de tubo aleteado introduce una gran superficie de finas aletas de aluminio en la corriente de aire, y los ventiladores hacen pasar el aire a través de ellas. Radiadores, aerorrefrigeradores, condensadores refrigerados por aire y baterías de admisión de turbinas de gas pertenecen a esta familia.
Sus puntos fuertes son la independencia —sin agua, sin segundo circuito, sin bomba— y la robustez. Sus límites son la temperatura ambiente, por debajo de la cual nunca puede enfriar, el espacio que necesita la superficie frontal de la batería y el ruido de los ventiladores, que el diseño controla con la elección y la velocidad de los ventiladores. Es la etapa final de todo sistema de refrigeración de motor y la línea de productos de TECS.
Intercambiadores de placas: de líquido a líquido en poco espacio
Un intercambiador de placas es un conjunto de placas corrugadas de acero inoxidable, con juntas o soldadas por soldadura fuerte, con los dos líquidos circulando por canales alternos. Las corrugaciones vuelven turbulento el flujo y las placas son delgadas, de modo que los coeficientes de transferencia de calor son altos y la unidad es compacta: un intercambiador de placas para una carga dada ocupa una fracción del tamaño de una unidad de carcasa y tubos. Las unidades con juntas pueden abrirse y ampliarse; las unidades soldadas por soldadura fuerte son estancas y más baratas.
Se utilizan allí donde dos líquidos intercambian calor a presión y temperatura moderadas: separar un circuito de agua bruta del refrigerante del motor, recuperar el calor de un motor de cogeneración hacia una red de calefacción, enfriar el aceite lubricante con refrigerante. Sus puntos débiles son el ensuciamiento en canales estrechos, los límites de las juntas en cuanto a temperatura y productos químicos, y la pérdida de carga que ocasionan los canales estrechos.
Carcasa y tubos: el estándar para servicio pesado
Un haz de tubos dentro de una carcasa cilíndrica; un fluido circula por los tubos y el otro por el exterior, guiado por placas deflectoras. Es el diseño más antiguo y sigue siendo el estándar cuando las presiones son altas, las temperaturas extremas, los fluidos sucios o uno de los lados es un gas o un vapor en condensación. Refrigeradores de aceite, refrigeradores de combustible, refrigeradores de aire de sobrealimentación con agua, condensadores de vapor e intercambiadores de refinería son de carcasa y tubos.
Es más grande y pesado que una unidad de placas para la misma carga, pero tolera el ensuciamiento, puede limpiarse mecánicamente, se construye según códigos de recipientes a presión para cualquier presión y el haz de tubos puede sustituirse. TECS suministra refrigeradores de aceite y de combustible de carcasa y tubos junto con sus radiadores cuando el paquete de refrigeración lo requiere.
Cómo utiliza los tres un sistema de refrigeración de motor
Un motor grande disipa calor de sus cilindros, de su aire de sobrealimentación, de su aceite lubricante y a veces de su combustible. Dentro del paquete del motor, el aceite y el aire de sobrealimentación suelen enfriarse con el refrigerante en intercambiadores de carcasa y tubos o de placas; el refrigerante lleva después todo ese calor a la etapa final refrigerada por aire —el radiador remoto o aerorrefrigerador—, que lo cede a la atmósfera. En una planta de cogeneración, un intercambiador de placas se sitúa entre el refrigerante del motor y la red de calefacción, y un enfriador de emergencia toma el relevo cuando la red no puede absorber el calor.
TECS diseña la etapa refrigerada por aire y selecciona las unidades de placas y de carcasa y tubos que le corresponden, de modo que todo el circuito respete los caudales, las temperaturas y las pérdidas de carga del fabricante del motor. Envíenos la hoja de datos del motor o los datos del proceso, y la propuesta enumerará todos los intercambiadores del paquete.
En resumen
- Refrigerado por aire: de líquido a aire mediante tubos aleteados y ventiladores; radiadores, aerorrefrigeradores, baterías de admisión
- De placas: de líquido a líquido a través de placas prensadas; compacto, eficiente, presión moderada
- De carcasa y tubos: tubos en una carcasa; alta presión, fluidos sucios, gases y vapores
- Un paquete de motor utiliza los tres y termina en la etapa refrigerada por aire
- TECS construye la etapa refrigerada por aire y suministra con ella los intercambiadores de aceite, de combustible y de placas
- Cada intercambiador de un paquete se selecciona según los límites del fabricante del motor
Para encargar el diseño de un paquete de refrigeración
- Marca y modelo del motor con su hoja de datos de refrigeración, o las cargas térmicas del proceso
- Qué fuentes de calor deben refrigerarse: agua de camisas, aire de sobrealimentación, aceite, combustible
- Fluidos de cada lado y sus temperaturas
- Temperatura ambiente del emplazamiento, altitud e instalación
- Pérdidas de carga admisibles y bombas disponibles
- Espacio y límite sonoro para la etapa refrigerada por aire
Preguntas frecuentes
¿Qué intercambiador de calor es el más eficiente?
Para líquido a líquido, el intercambiador de placas ofrece la mayor transferencia de calor por unidad de volumen. Para un calor que debe terminar en la atmósfera, solo sirve una unidad refrigerada por aire, y su eficiencia depende de la superficie y de la potencia de los ventiladores. El tipo adecuado lo deciden los fluidos, no una clasificación.
¿Qué es un radiador en estos términos?
Un intercambiador de calor refrigerado por aire para el refrigerante de un motor: una batería de tubo aleteado con ventiladores. Montado en el motor sobre el skid, o remoto con ventiladores eléctricos cuando está separado del motor.
¿Puede un intercambiador de placas enfriar con aire?
No; los intercambiadores de placas son para dos líquidos. El aire necesita la gran superficie de una batería de tubo aleteado. En un sistema de motor, el intercambiador de placas enfría un líquido con otro, y la unidad refrigerada por aire enfría ese otro líquido con la atmósfera.
¿Por qué los refrigeradores de aceite suelen ser de carcasa y tubos?
El aceite es viscoso y puede arrastrar residuos; el lado de los tubos tolera ambas cosas y puede limpiarse. Las presiones son superiores a las que admiten las juntas de las placas, y la unidad de carcasa y tubos se construye según el código de presión sin medidas especiales.
¿TECS fabrica los tres tipos?
TECS diseña y fabrica los intercambiadores de calor refrigerados por aire —radiadores remotos, unidades en V, baterías de admisión, módulos de calefacción— y suministra los intercambiadores de placas y de carcasa y tubos para aceite, combustible y recuperación de calor que forman parte del mismo paquete de refrigeración.
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