Intercambiador de calor de la planta de energía

Tipos de intercambiadores de calor para centrales eléctricas

Un intercambiador de calor para centrales eléctricas es una pieza de equipo industrial que se utiliza en las centrales térmicas para transferir calor entre dos fluidos.

En función de la disposición del flujo, los intercambiadores de calor para centrales eléctricas se pueden clasificar en cuatro tipos principales:

• Intercambiadores de calor de flujo en contracorriente: En un intercambiador de calor de flujo en contracorriente, los dos fluidos fluyen en direcciones opuestas. Esta configuración permite una transferencia continua de calor, lo que hace posible que los fluidos alcancen temperaturas óptimas. Los intercambiadores de calor de flujo en contracorriente ofrecen una alta eficiencia y se utilizan comúnmente en las centrales eléctricas.
• Intercambiadores de calor de flujo concurrente o paralelo: En un intercambiador de calor de flujo concurrente, ambos fluidos fluyen en la misma dirección. Aunque esta disposición es sencilla, limita la diferencia de temperatura entre los fluidos. Los intercambiadores de calor de flujo concurrente son menos eficientes que los de flujo en contracorriente. Los intercambiadores de calor de flujo concurrente o paralelo se encuentran comúnmente en aplicaciones menos exigentes, como los intercambiadores de calor aire-aire.
• Intercambiadores de calor tubulares: Los intercambiadores de calor tubulares consisten en un haz de tubos encerrados dentro de una carcasa. Utilizan los principios de flujo en contracorriente o concurrente. Los dos fluidos fluyen a través de los tubos y el espacio de la carcasa. Los intercambiadores de calor tubulares son versátiles y adecuados para diversas aplicaciones de centrales eléctricas.
• Intercambiadores de calor de placas: Los intercambiadores de calor de placas comprenden múltiples placas delgadas. Dos fluidos fluyen entre las placas. El diseño promueve una transferencia de calor eficiente debido a la mayor superficie y turbulencia. Los intercambiadores de calor de placas son compactos y ocupan menos espacio que los intercambiadores tubulares.

Especificaciones y mantenimiento de los intercambiadores de calor para centrales eléctricas

Especificaciones

• Material

  El intercambiador de calor para centrales eléctricas suele estar fabricado con materiales resistentes como el acero inoxidable y el acero aleado. Estos materiales resisten el calor y la corrosión, lo que les ayuda a funcionar bien y a durar más tiempo en condiciones difíciles.

• Diseño

  Los intercambiadores de calor para centrales eléctricas tienen diversos diseños, como el de carcasa y tubos, el de placas y el de espiral. Cada diseño tiene su forma de transferir calor de forma eficiente entre los fluidos. Por ejemplo, los intercambiadores de calor de carcasa y tubos tienen una carcasa cilíndrica exterior y dos haces tubulares. La transferencia de calor se realiza a través de la carcasa y los tubos.

• Tamaño

  Los intercambiadores de calor se presentan en diferentes tamaños para adaptarse a las necesidades de las diferentes centrales eléctricas. Los tamaños se basan en la capacidad y la presión de las centrales eléctricas. En general, las centrales eléctricas más grandes necesitarán intercambiadores de calor más grandes con mayores capacidades.

Mantenimiento

• Inspección periódica

  Es fundamental examinar el intercambiador de calor con regularidad para buscar signos de desgaste, corrosión o fugas. Abordar cualquier problema descubierto durante la inspección con prontitud para evitar más complicaciones y garantizar la eficiencia continua del equipo.

• Limpieza

  Los intercambiadores de calor para centrales eléctricas son propensos a la formación de incrustaciones, lo que puede disminuir su eficacia. Por lo tanto, los operadores deben establecer un programa de limpieza del intercambiador de calor en función de la tendencia a la formación de incrustaciones del equipo y de las condiciones de funcionamiento de la central eléctrica. Además, deben elegir los métodos y agentes de limpieza adecuados para evitar dañar el intercambiador de calor.

• Sustitución de piezas

  Durante el mantenimiento del intercambiador de calor, si hay algún signo de daño o desgaste en las piezas, el operador debe sustituir los componentes para preservar la fiabilidad y el rendimiento del equipo. Además, pueden aumentar la longevidad del equipo utilizando piezas de repuesto de alta calidad.

Escenarios de los intercambiadores de calor para centrales eléctricas

• Generación de energía industrial:

  En las plantas de generación de energía industrial, como las centrales térmicas y las plantas de energía de biomasa, es necesario transferir calor del gas de combustión o del vapor al agua. El calor se utiliza entonces para enfriar el agua, y ésta se convierte en vapor para accionar un generador de turbina para producir electricidad.

• Procesamiento industrial:

  El procesamiento industrial en diferentes industrias, como la química, el refino de petróleo y los alimentos y bebidas, requiere intercambiadores de calor para centrales eléctricas para transferir calor entre los vasos de reacción, los condensadores, los enfriadores y otros equipos. Este proceso ayuda a controlar las temperaturas del proceso, a promover las reacciones químicas y a facilitar la condensación y la separación de productos.

• Sistemas de energía de distrito:

  Los sistemas de calefacción de distrito utilizan intercambiadores de calor para transferir calor desde las centrales eléctricas centralizadas hasta los edificios residenciales y comerciales a través de redes de calefacción. El calor proporcionado por la central eléctrica se utiliza para la calefacción de espacios, el suministro de agua caliente y otras demandas de calefacción.

Cómo elegir intercambiadores de calor para centrales eléctricas

Las piezas que son necesarias para los sistemas de producción de energía a gran escala, como los intercambiadores de calor para centrales eléctricas industriales y de servicios públicos, pueden ser costosas. Por lo tanto, es importante considerar qué servirá mejor a las necesidades del proceso de generación de energía manteniendo los costes bajos. A continuación, analizamos algunos de los factores más importantes a la hora de elegir intercambiadores de calor para centrales eléctricas de gran tamaño:

• Costo U: Es importante maximizar la cantidad de calor intercambiado por unidad de costo. Calculando el coeficiente de intercambio de calor (U), que tiene en cuenta el efecto de la superficie y los costes de construcción, los compradores pueden asegurarse de que están utilizando un intercambiador que tiene una transferencia de calor suficiente por unidad de costo de construcción.
• Superficie: La máxima transferencia de calor que un intercambiador de calor puede lograr está directamente relacionada con la superficie. Para mantener la cantidad necesaria de intercambio de calor sin necesidad de añadir superficie, se puede aumentar el número de dispositivos. Esta es una solución más rentable.
• Coeficiente de transferencia de calor: Porque cuanto más calor se intercambie por unidad de superficie y costo de construcción, esto determina el número de dispositivos que deben añadirse a una central eléctrica en lugar de incluir superficies adicionales.
• Pérdida de presión: Al intercambiarse el calor, suele haber una cierta pérdida de energía necesaria para impulsar los fluidos a través del intercambiador de calor. Esta pérdida se conoce como pérdida de presión. La pérdida de presión debe minimizarse en todos los casos prácticos, ya que puede reducir la eficiencia general de un sistema de generación de energía.
• Durabilidad y mantenimiento: Los intercambiadores de calor para centrales eléctricas de gran tamaño se someten a una tremenda presión y calor y, por lo tanto, necesitan ser muy duraderos. Sus necesidades de mantenimiento también deben ser razonablemente fáciles e infrecuentes para que la compleja y costosa generación de energía pueda continuar con mínimas interrupciones.

Preguntas frecuentes sobre los intercambiadores de calor para centrales eléctricas

P1: ¿Por qué las centrales eléctricas utilizan intercambiadores de calor?

A1: Los intercambiadores de calor son cruciales para las centrales eléctricas, ya que desempeñan múltiples funciones clave. Ayudan a transferir el calor generado por la combustión de combustible, o de fuentes renovables como la geotérmica, al agua para la producción de vapor. El vapor luego impulsa los generadores de turbina para producir electricidad. Ayudan a optimizar el uso de combustible al permitir que las plantas reciclen el calor de los procesos en lugar de permitir que se disipe. Esto puede reducir significativamente los costes operativos.

P2: ¿Cuáles son los desafíos en el diseño de intercambiadores de calor para centrales eléctricas?

A2: Los diseñadores deben seleccionar materiales que puedan resistir altas temperaturas sin degradarse o reaccionar con los fluidos que se intercambian. El intercambiador debe ser compacto pero capaz de manejar grandes volúmenes de fluido, por lo que los diseñadores deben optimizar el diseño para maximizar la eficiencia y minimizar los costes.

Otro reto es garantizar que el intercambiador de calor pueda acomodar variaciones en los caudales de fluido que pueden ocurrir debido a cambios en las condiciones de funcionamiento de la planta. Debido a que los fluidos deben estar a ciertas presiones para transferir calor de forma eficaz, los intercambiadores de calor están diseñados para crear vías que puedan soportar esas presiones. Esto significa utilizar materiales de alta resistencia y tecnologías de sellado, lo que puede aumentar los costes.

P3: ¿Cuál es la diferencia entre un condensador y un intercambiador de calor?

A3: Un intercambiador de calor para centrales eléctricas utilizado para recuperar y reciclar el calor puede ser un condensador o un refrigerador. Sin embargo, los condensadores y los intercambiadores de calor no son lo mismo. Los intercambiadores de calor transfieren calor entre dos fluidos. Los condensadores son tipos específicos de intercambiadores de calor que eliminan el exceso de calor del vapor para convertirlo en agua, condensándolo.

P4: ¿Cuál es la esperanza de vida de un intercambiador de calor?

A4: Generalmente, de 10 a 15 años.