El uso de hornos en aplicaciones industriales es muy diverso, pudiendo usarse en funciones de cocción, tratamiento térmico, secado, etc.
Las variables de operación más importantes en estos equipos son:
1 Presión de cámara.
2 Temperatura de entrada y salida de cámara.
3 Volumen de cámara.
Dependiendo de los materiales de construcción, los procesos sobre los que se aplica y el elemento calefactor, puede determinarse la tipología del horno y pueden encontrarse desde hornos de cocción de cerámica, con llama directa en la cámara, hasta hornos de secado de material agrícola, con temperaturas moderadas.
Algunos problemas típicos de la operativa con hornos son:
1 Formación de hollín.
2 Regulación de la mezcla de aire y combustible.
3 Emisión de contaminantes, especialmente partículas y CO.
2.2. Intercambiadores de calor
Los intercambiadores de calor son los equipos encargados de realizar la transferencia térmica entre dos fluidos, con objeto de calentar (o refrigerar) líquidos y gases.
A pesar de que el diseño es diferente en cada caso, todos se basan en el mismo principio de funcionamiento, que consiste en realizar el intercambio de temperatura entre dos corrientes de fluido, una de ellas fría y otra caliente, de forma que el flujo caliente reduce su temperatura y el flujo frío la incrementa, poniendo en contacto, mediante un material conductor, dichas corrientes sin que exista mezcla entre ellas.
Las variables de operación fundamentales de estos equipos son presión, temperatura de entrada y salida de cada corriente, caudales y área de transferencia.
Recuerde
En el funcionamiento de los intercambiadores, uno de los fluidos siempre sale a mayor temperatura que a la que entra y el otro a menor temperatura que la de su entrada.
En función del diseño, los intercambiadores pueden clasificarse en cuatro tipos fundamentalmente:
1 Intercambiadores de tubos concéntricos.
2 Intercambiadores de tubos aleteados.
3 Intercambiadores de carcasa y tubo.
4 Intercambiadores de placas.
Intercambiadores de tubos concéntricos
De los modelos de intercambiadores de calor, es el más simple que puede encontrarse y tradicionalmente era el más utilizado. Consta de dos tubos concéntricos de diferente diámetro, uno interior y otro exterior.
El fluido encargado de calentar (o enfriar) circulará por el espacio que se encuentra entre los dos tubos, entre la pared exterior del tubo de menor diámetro y la pared interior del tubo de mayor diámetro, mientras que el fluido calentado (o enfriado) circula por el interior del tubo central.
Intercambiador de tubos concéntricos
Intercambiadores de tubos aleteados
Son utilizados indistintamente para calentar (o enfriar) el aire que circula por la superficie de las aletas, o para enfriar (o calentar), con ayuda de un flujo de aire, el fluido circulante por los tubos, de la misma forma que lo hace el radiador de una motocicleta.
El objetivo de las aletas es el de aumentar la superficie de transferencia térmica que entra en contacto con el aire, de forma que se facilite el intercambio.
Suelen estar construidos de materiales metálicos, generalmente de cobre, aluminio o acero inoxidable.
Intercambiadores de carcasa y tubos
Tienen una gran presencia en la industria para el intercambio térmico entre dos líquidos.
Están compuestos por una carcasa exterior que contiene un haz de tubos. Uno de los fluidos circulará por el interior de los tubos y el otro por el espacio libre entre los tubos y la carcasa exterior, de tal forma que la cesión de energía térmica se realiza a través de la pared de los tubos interiores.
Intercambiadores de placas
Compuestos por una serie de placas unidas entre sí y montadas sobre una estructura de soporte, estos intercambiadores se diseñan para que los fluidos realicen el intercambio térmico a través de toda la superficie de la chapa que los separa. Con estos intercambiadores se obtienen altas superficies de intercambio aunque también provocan altas pérdidas de carga.
Estos equipos pueden ser ampliados sin dificultad, añadiendo placas adicionales, ya que estas son independientes entre sí.
Recuerde
Existen cuatro tipos de intercambiadores: de tubos concéntricos, de tubos aleteados, de carcasa y tubo y de placas.
Aplicación práctica
En la industria en la que trabaja han detectado un problema de atascos continuos en el intercambiador de placas que precalienta la corriente de alimentación al proceso.
Tras un exhaustivo análisis se ha detectado que el problema de atascos era debido al alto contenido en sólidos de la corriente que se calentaba, y se decide cambiar este modelo de intercambiador por otro acorde a las necesidades del proceso.
Si sabe que el aumento de temperatura que necesita la alimentación es pequeño, ¿qué intercambiador instalaría usted? ¿Por qué?
SOLUCIÓN
El intercambiador de tubos concéntricos sería el más adecuado, ya que el fluido a calentar puede circular por el tubo interior como si fuera un tramo más de tubería, por lo que no se producirían deposiciones de sólidos. Este cambio es factible, dado que el aumento de temperatura del fluido es pequeño. Si no fuese así, habría que seleccionar otro modelo de intercambiador, el de carcasa y tubos concretamente.
2.3. Reactores
Un reactor químico puede ser cualquier equipo en el que tenga lugar una reacción química, desde un recipiente abierto hasta una tubería en la que la reacción se produce a medida que el flujo la atraviesa, aunque las exigencias para los reactores químicos industriales son mayores que el simple hecho de contener una reacción química, ya que estos estarán diseñados para:
1 Asegurar
