Materiales de Juntas El sellado y estanqueidad entre las placas se consigue mediante juntas que van colocadas entre ellas; las que a su vez tienen también por finalidad direccionar el flujo de fluidos a través del conjunto de placas. El material de las juntas está directamente ligado a las exigencias del servicio, esto es: presiones y temperaturas de operación y de las características fisicoquímicas de los fluidos manejados (ácidos, álcalis, sólidos abrasivos, etc). Las juntas pueden ir pegadas a las placas o con algún dispositivo de grampa (clip).Las juntas pueden ser de diferentes materiales entre los que encontramos:
Materiales de las juntas Temperatura Aplicacion
de las juntas máxima operación
Goma Nitrilica 135 agua, ceite mineral, vegetal.
Goma EPDM 60 agua claliente, agua con vapor.
Neopreno 70 Refrigeracion R22 R134.
Goma butílica 150> ácidos, álcalis, aceites, aminas.
Goma base fluorelastómero 180 ácidos minerales, vapor, aceite.
Juntas a base de grafito 500 producto orgánico, minerales.
•Flujo paralelo, donde la corriente se divide y luego converge sobre un mismo colector
En algunos equipos donde la posible pérdida de estanqueidad de las juntas y mezcla de los fluidos puede ser perjudicial (contaminación o reacción peligrosa), se recurre a placas dobles especiales que permiten evacuar la fuga hacia el exterior previniendo el contacto entre ellos. La figura N°4 muestra este tipo de placas y sus juntas
Figura N°4 – Placas dobles para prevención de mezclas de fluidos
Operación de los intercambiadores de placas
1. Distribución y características del flujo de fluidos
Mientras que en los intercambiadores de calor de cascos y tubos (THE - Tubular heat exchangers) es posible manejar solamente una corriente fría y otra caliente en un determinado arreglo, en los intercambiadores de placas el flujo de fluidos no solamente puede ser dispuesto de diferentes formas sino también efectuar transferencia de calor en múltiples corrientes. La disposición en corrientes múltiples es generalmente aplicada en aquellos casos donde es necesario efectuar recuperación de calor entre corrientes que deben ser calentadas y luego enfriadas como sucede en algunos tratamientos térmicos de productos en la industria alimenticia, tal es el caso del proceso de pasteurización. En estos casos la distribución y recombinación de flujos de procesos es implementada en el interior del equipo, lo que trae aparejado además un importante ahorro en los costos de cañerías.
Muchos fluidos viscosos que en un intercambiador de casco y tubos tendrían un flujo laminar, en los equipos compactos presentan flujos decididamente turbulentos. La distribución del flujo a través de las placas en el caso de fluidos viscosos es en general complejo, más aún cuando el paquete de placas es largo y estará de alguna forma definida por la caída de presión a través del equipo.
La figura N° 5 muestra una disposición típica para el caso de transferencia en corrientes múltiples donde es posible efectuar distintas operaciones entre los fluidos (calentamiento, enfriamiento, etc)
Figura N°5 – Disposición multiflujo
2. Flujo de fluidos y transferencia de calor Las velocidades de escurrimiento promedio en los PHE son menores que en los THE.- Así, se encuentra en ellos un rango de velocidades entre 0.5 a 0.8 m / sec contra los 1.2 a 2 m /sec que se presentan en los intercambiadores de casco y tubos
Sin embargo, como ya dijimos anteriormente, pese a estas bajas velocidades se obtienen coeficientes totales de transferencia de calor muy superiores a los de casco y tubos Con relación a las condiciones de termotransferencia y fluidodinámicas en estos equipos, es posible manejarse dentro de los siguientes valores: •Flujo másico por unidad: 0.13 a 800 kg / sec (flujo de agua)
•Presión de trabajo: vacío a 30 bar (máximo)
•Temperatura de trabajo (PHE): - 40 a 180°C
•Temperatura de trabajo (BHE): - 195 a 225°C
•Coeficiente total de transferencia de calor (K): 3500 a 7000 Kcal. / h.m2.°C (agua -agua)
•Coeficiente total K : 800 a 2800 Kcal / h.m2.°C (soluciones acuosas – agua)
•Coeficiente total K: 300 a 800 Kcal / h.m2.°C (agua – aceite)
La caída de presión en los PHE es uno de los más importantes parámetros a definir en el proyecto de estos equipos, ya que ella puede estar restringida por aspectos económicos (costos de bombeo) o por consideraciones de procesos o una combinación de ambos. Como ya dijéramos anteriormente, esta caída de presión ocasionada por el flujo de los fluidos a través de la superficie de calefacción y de las conexiones de entrada / salida del equipo, es utilizada para generar elevados coeficientes de convección y por ende altas transferencias de calor
Afin de relacionar la pérdida de carga con la aptitud del equipo para transferir calor, se introduce el concepto de caída específica de presión, también llamada Número de Jensen (Je) Este concepto permite relacionar diferentes superficies intercambiadoras de calor y representa la pérdida de carga experimentada por el fluido durante su pasaje a través del equipo con relación al número de unidades de transferencia NTU obtenido, esto es:
Numero de Jensen : ∆P/ NTU (kg/m^2)
La perdida de carga en los intercambiadores puede ser calculada por la ecuación de cooper
∆P= (2f (G^2) L / g D ρ)
Ecuación en la que f = 2,5/ Re^0,3
con:
∆P: pérdida de carga en el equipo en kg. / m2 G: flujo másico en kg. / h.m2
L: longitud del canal de pasaje en m
D: diámetro equivalente del canal de fujo en m
ρ: densidad del fluido en kg / m3 g: constante gravitacional en m / h2
Re: Número de Reynolds
f: factor de fricción
La elevada transmisión de calor en los equipos está también asociada a la diferentes disposiciones en las que los flujos pueden ser dispuestos. Esto posibilita aprovechar las diferencias de temperaturas de manera eficiente y optimizar el proceso.
Como vimos las disposiciones posibles de flujos en estos equipos pueden ser diversas, a saber
•Flujo en serie, en el cual la corriente cambia de dirección verticalmente
•Flujo paralelo, donde la corriente se divide y luego converge sobre un mismo colector•Sistema Loop, en el que ambos fluidos circulan en flujo paralelo
•Sistema complejo, que presenta una combinación de los anteriores (serie – paralelo)
En la figura N°6 podemos ver las diferentes combinaciones de flujo que pueden ser establecidas en estos equipos:
Figura N°6 – Arreglos de flujo en PHE
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