Por Antonio Guillermo Jara Ponce, Ingeniero de Ventas y Procesos en HRS Heat Exchangers
La clave para alcanzar este rendimiento es el uso de la tecnología de tubos corrugados. En este artículo analizamos los numerosos beneficios que brindan los tubos corrugados frente a los lisos, en el diseño de intercambiadores de calor tubulares.
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Los tres tipos más comunes de intercambiadores de calor son los intercambiadores de placas, los tubulares y los intercambiadores de calor de superficie rascada; no obstante, existen otros diseños especializados. Los intercambiadores de calor de placas son adecuados para tratar fluidos viscosos simples, como agua, leche y algunos aceites finos, mientras que los productos altamente viscosos o aquellos que requieren una mezcla completa (por ejemplo, para mantener juntas emulsiones complejas) requieren intercambiadores de calor de superficie rascada. Para la mayoría de los productos que se encuadran entre esos dos extremos, los intercambiadores de calor tubulares son la opción preferida.
Hay varias configuraciones de diseño de intercambiadores de calor tubulares disponibles (espacio anular, doble tubo y multitubo), pero la mayor influencia en la eficiencia de los intercambiadores tubulares es el tipo de tubo utilizado, siendo los tubos corrugados más eficientes que los lisos, en cuanto a transferencia térmica, además de proporcionar otros beneficios.
Aumento de la eficiencia
Cuando un fluido se mueve a través de un tubo, la dinámica se ve afectada por factores como la presión, la viscosidad y el diseño de la pared del tubo. En un tubo liso, los fluidos suelen seguir un camino suave en el que las partículas que componen el fluido no interfieren entre sí, lo que se conoce como flujo laminar. Sin embargo, cuando se interrumpe el flujo suave, por ejemplo, al interrumpir la superficie del tubo, se forman pequeños remolinos en el fluido que crean turbulencias, lo que se conoce como flujo turbulento.
Esta turbulencia hace que los intercambiadores de calor tubulares sean más eficientes al evitar que los materiales viscosos o en suspensión se adhieran a la pared del tubo, donde puede formar una capa límite, que actúa como aislamiento e impide una transferencia térmica eficiente. La creación de este flujo turbulento y la mejora resultante de la eficiencia (en comparación con un tubo liso) es el beneficio clave de los intercambiadores de calor de tubos corrugados.
Un menor tamaño
Debido a que un tubo corrugado proporciona mayores niveles de tasa de transferencia térmica en comparación con un tubo liso de la misma longitud, un intercambiador de calor con el mismo rendimiento térmico puede ser más pequeño. Por ejemplo, si las ondulaciones aumentan la transferencia de calor en un 10 por ciento en comparación con uno liso, entonces la unidad puede hacerse un 10 por ciento más corta que otra con un tubo liso equivalente y ofrecer el mismo rendimiento. Esta mayor eficiencia térmica, que puede ser hasta tres veces mayor que la de un intercambiador de calor de tubos lisos, permite diseñar con menos espacio para lograr el mismo nivel de transferencia de calor. Dependiendo de la aplicación final, un intercambiador de tubo corrugado puede tener hasta la mitad del tamaño de su equivalente de tubo liso. Esta es la razón por la que los intercambiadores de calor HRS son tan populares para instalaciones donde el espacio es restringido.
Menor mantenimiento y limpieza
Debido a que un tubo corrugado reduce o previene la formación de una capa límite, también reduce en gran medida el tiempo y el esfuerzo que se precisa para eliminarlo. Por lo tanto, el tiempo de funcionamiento entre ciclos de limpieza es mucho mayor para los tubos corrugados que para los lisos, lo que aumenta aún más la eficiencia general del proceso.
En muchas situaciones, un tubo corrugado proporciona suficiente turbulencia para evitar la necesidad de agitación mecánica de materiales viscosos (como los intercambiadores de calor accionados por tornillo o de superficie rascada). Sin partes móviles, en tales situaciones, un tubo corrugado es más fácil de limpiar y mantener y puede ser más fiable. Sin embargo, es importante recordar que para muchos materiales o aplicaciones, un intercambiador de calor de superficie rascada sigue siendo la mejor opción.
En conjunto, los beneficios de los tubos corrugados son tan significativos que en HRS Heat Exchangers no utilizamos tubos lisos en nuestros intercambiadores de calor tubulares sin rascado. El aumento de la eficiencia de transferencia térmica, especialmente a altos caudales, requiere menos área de transferencia de calor, por lo que podemos diseñar unidades de menores dimensiones y más compactas, que además son menos costosas de fabricar.
