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Posenfriador / intercambiador de calor en transporte neumático

Intercambiador de calor de enfriamiento en la salida del soplante

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Resumen de la sección
1. ¿Cuál es el propósito de un posenfriador?
2. ¿Qué es un posenfriador después de un soplante?
3. Tipos de posenfriadores
4. Consideraciones importantes de diseño

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1. ¿Cuál es el propósito de un posenfriador?

Los soplantes se utilizan típicamente como impulsores de aire en sistemas de transporte neumático. Estos soplantes son compresores que aspiran aire a cierta presión (la mayoría de las veces atmosférica) y lo descargan a condiciones de mayor presión. Durante la compresión, parte de la energía empleada se convierte en calor, por lo que el aire a la salida del soplante está significativamente más caliente que en las condiciones de aspiración. Las temperaturas pueden alcanzar 50-60 grados Celsius, a veces mucho más, lo que puede causar problemas en el proceso aguas abajo. Por ejemplo, las válvulas rotativas deben diseñarse para trabajar en condiciones de calor, lo que puede ser perjudicial para su rendimiento, o simplemente el material transportado no puede soportar tales temperaturas, lo que puede llevar a la fusión, por ejemplo.

2. ¿Qué es un posenfriador en un compresor o soplante?

En estos casos, es deseable enfriar el flujo de aire mediante un intercambiador de calor ubicado justo después del soplante, denominado posenfriador.

3. Tipos de posenfriadores

Los posenfriadores son en realidad intercambiadores de calor y pueden utilizar un medio líquido como refrigerante o simplemente aire.

Posenfriadores con medio líquido

Estos posenfriadores suelen funcionar con agua, refrigerada o enfriada. Es un diseño eficiente para controlar la temperatura, pero presenta inconvenientes y su operación debe controlarse cuidadosamente:

• El agua fría puede generar condensación dentro o fuera del posenfriador, lo que puede tener consecuencias perjudiciales (si el agua es arrastrada por la tubería, puede causar obstrucciones, entre otras posibles consecuencias)
• En caso de fuga en el intercambiador de calor, el agua ingresará a las tuberías del proceso
• El control del proceso debe ser bastante preciso para garantizar un buen control de la temperatura

El diseño más simple para un intercambiador de calor que utiliza un refrigerante líquido es un intercambiador de calor de carcasa y tubos. En este diseño, muchos tubos están encapsulados dentro de una carcasa. El aire de transporte circula por los tubos, mientras que el refrigerante, típicamente agua, está del lado de la carcasa. Una desventaja de este tipo de diseño es que el intercambiador de calor puede ser bastante grande para lograr un rendimiento definido, ya que el intercambio de calor del lado del aire es bastante bajo.

Figura 1: principio del intercambiador de calor de carcasa y tubos

Un diseño alternativo consiste en utilizar tubos aleteados para aumentar el área de intercambio de calor y, por lo tanto, realizar la misma función que un intercambiador de calor de carcasa y tubos, pero dentro de un volumen mucho más pequeño. En este tipo de intercambiador, los tubos están equipados con aletas y las posiciones del aire y el refrigerante se invierten: el aire pasa a través de la carcasa y entra en contacto con las aletas, mientras que el refrigerante, típicamente agua, está dentro de los tubos. Cabe señalar que la caída de presión a través del intercambiador debe monitorearse, ya que las aletas pueden ser propensas a ensuciarse.

Figura 2: principio del intercambiador de calor de superficie extendida

Posenfriador de aire

En este caso, el refrigerante es simplemente aire. El posenfriador está equipado con un ventilador que fuerza el paso de aire a través del intercambiador de calor. El interior del intercambiador está fabricado en aluminio, con aletas en ambos lados para permitir una gran área de intercambio de calor dentro de un volumen relativamente pequeño. Esto evita los inconvenientes previos en términos de riesgos relacionados con fugas, pero a cambio ofrece un enfriamiento menos eficiente, dependiente de las condiciones ambientales. Una forma de solucionar este problema es tener el soplante y el posenfriador en una habitación con aire acondicionado, para mantener condiciones constantes de aire de enfriamiento.

Figura 3: principio de un intercambiador de calor aire-aire de tiro forzado para transporte neumático

4. Consideraciones importantes de diseño

Para ser eficientes, los posenfriadores están compuestos por pequeños tubos aleteados que aumentan el área de intercambio de calor. Sin embargo, estos tubos pueden estar sujetos a ensuciamiento con el tiempo, especialmente si el suministro de aire no está muy limpio o si se producen retrocesos desde la línea. Por lo tanto, es clave para la seguridad contar con la instrumentación adecuada para monitorear el rendimiento del enfriador:

• Caída de presión a través del intercambiador de calor: el sistema debe detenerse y limpiarse para eliminar acumulaciones cuando la caída de presión alcance su límite máximo
• Temperatura antes y después del intercambiador de calor para verificar la eficiencia de enfriamiento y controlar el proceso

Tenga en cuenta que un posenfriador genera una caída de presión adicional que debe considerarse en el diseño de la línea de transporte neumático.

Tener una válvula de retención para evitar retrocesos en el intercambiador de calor también puede ser una consideración.

Otra consideración clave de diseño que se debe tener en cuenta es el riesgo de condensación cuando el aire se enfría en el intercambiador. El ingeniero que diseña el sistema debe verificar que la temperatura dentro del intercambiador no sea inferior al punto de rocío del aire. Si es así, el aire debe deshumidificarse. Esto puede lograrse suministrando aire acondicionado al soplante, o teniendo 2 intercambiadores de calor en serie: el primero enfría el aire y atrapa el agua condensada, alimentando un aire seco pero saturado a un segundo intercambiador que, esta vez, calentará el aire para reducir la humedad relativa y disminuir el punto de rocío.