Intercambiador de calor: qué es, tipos y cuándo usarlo

Los intercambiadores de calor son una herramienta fundamental para mantener a una determinada temperatura un fluido en un proceso industrial. Tradicionalmente se ha empleado el intercambiador de calor de placas, pero aún siendo una solución más barata, no siempre es la más económica.

Principio de actuación del intercambiador de calor

Los intercambiadores de calor son equipos que mediante un fluido que están a una temperatura determinada, calientan o enfrían el producto. Para el sector alimentario o farmacéutico, nos tenemos que adaptar al tipo de fluido que va a pasar por el intercambiador y sus características, tales como viscosidad, calor específico del producto, conductividad térmica o densidad.

Tipos

En los intercambiadores de contacto directo, se mezcla el producto con el fluido de servicio, con lo que se produce una contaminación. Estos, para el campo de aplicación que necesitamos, los descartamos.
En los de contacto indirecto, nos interesan más los intercambiadores de superficie, que se dividen en los de placas y los de tubos.

Los de placas separan el producto del fluido de servicio mediante una pared plana. Tienen como ventaja su versatilidad y una fácil limpieza, pero por contra, tienen riesgo de sobrecalentar o congelar productos más sensibles. También son menos eficientes en la transferencia de calor elevada, ya que el flujo es turbulento y aumenta la pérdida de carga.

Mientras, en los intercambiadores tubulares, como los de MBS, la separación se produce mediante tubos cilíndricos, pasando el fluido de servicio por el exterior de los tubos y el producto por el interior, con una capa externa que actúa como aislamiento. Estos intercambiadores pueden fabricarse de forma modular, en horizontal y en vertical, personalizándose para cada proyecto en las instalaciones.

Clases de intercambiadores tubulares por industrias

Dentro del tipo de intercambiador de calor tubular, existen diferentes versiones, dependiendo del sector que lo necesite:

• Intercambiadores tubulares industriales: Las conexiones como las bridas son de tipo industrial. El acabado de las partes en contacto con el producto no tienen una rugosidad especial ya que no lo requieren los productos que pasan por ahí. Ejemplos de aplicaciones pueden ser el calentamiento de agua industrial, recuperación de energía en agua caliente o para precalentar materias primas viscosas antes de introducirlas al proceso industrial. Dentro de los tubulares, son los más económicos debido a esa baja exigencia de rugosidad o enlaces.
• Intercambiadores tubulares alimentarios: Los materiales empleados tienen en cuenta la rugosidad sanitaria demandada (0,8 micras). Así como una calidad de materiales apropiada al producto a tratar (304, 316 o 316L por poner los ejemplos clásicos). Las conexiones pasan a ser de tipo sanitaria, como DIN 11851, clamp o SMS. Existen intercambiadores de monotubo y multitubo. La diferencia es que se usan del segundo tipo cuando el producto no tiene sólidos en suspensión que pueda atascar los tubos. Productos típicos que podemos emplear en esta clase son salsas de todo tipo, chocolate, lácteos, aceites y grasas, etc.
• Intercambiadores tubulares para el sector farmacéutico: Son los que tienen una mayor exigencia en conexiones, rugosidad y materiales. Una de sus particularidades es que tiene que evidenciar una posible rotura interna de manera inmediata, por lo que se utiliza el montaje de una doble capa con una zona de aislamiento intermedia. Se fabrican en rugosidades por debajo de 0,4 micras y materiales certificados. Se usan para sanitización de circuitos de inyectables (WFI Water For Injection), Etanol, soluciones proteínicas, etc.

Datos necesarios para el cálculo de un intercambiador

Para elegir el intercambiador perfecto para nuestro producto, es muy importante conocer las características del mismo, consiguiendo así llegar a la temperatura deseada más rápido y evitando que se atasque el producto, por ejemplo, con productos de alta viscosidad.

Entre los datos que necesitamos conocer están: tipo de producto a tratar (agua u otro líquido), si necesitamos enfriar, calentar o pasteurizar, la conductividad térmica del producto, su densidad, el caudal que se va a manejar, temperatura de entrada y salida, las conexiones que necesitamos, si tenemos limitación de espacio, certificados necesarios, el fluido de servicio que usaremos (agua fría, caliente o vapor), si éste se va a recircular y o la presión en caso de ser vapor.