Intercambiadores de calor comúnmente utilizados en el procesamiento de aloe

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Un intercambiador de calor es un equipo que transfiere continuamente calor de un medio a otro para transportar energía del proceso. Las aplicaciones de calidad alimentaria utilizan intercambiadores de calor indirectos, aquellos en los que ambos medios están separados por una pared a través de la cual se transfiere el calor.

Las leyes naturales de la física siempre permiten que la energía impulsora de un sistema fluya hasta alcanzar el equilibrio. Mientras haya una diferencia de temperatura, el calor sale del fluido más caliente y se transferirá al fluido más frío.

Un intercambiador de calor utiliza este principio en su esfuerzo por alcanzar el resultado deseado.

La teoría de la transferencia de calor de un medio a otro, o de un fluido a otro, está determinada por varias reglas básicas.

1. El calor siempre se transferirá de un producto caliente a un producto frío.
2. Siempre debe haber una diferencia de temperatura entre los productos.
3. El calor perdido por el producto caliente es igual a la cantidad de calor ganado por el producto frío, excepto por las pérdidas de energía al área circundante.

Razones de selección

Procesador o Hervidor: La opción más económica y la que requiere menos espacio. Utiliza un tanque con camisa para calentar/enfriar una gama completa de productos. La agitación puede ser desde mínima hasta raspada superficial. Esta opción se utiliza en producción por lotes.

Intercambiador de Calor de Placas (líquido/líquido): La opción más eficiente y normalmente la más económica. Normalmente sólo puede manejar líquidos con menos del 7% de pulpa y viscosidades inferiores a 20.000 cPs.

Intercambiador de calor de tubo en tubo (líquido/líquido; líquido/vapor): una opción económica que puede manejar líquidos con alto contenido de sólidos (30 a 40%) con un rango de tamaño máximo de partículas de 0,125 a 0,5” de diámetro si las condiciones de presión lo permiten y viscosidades altas.

Tubo triple (líquido/líquido; líquido/vapor): Puede utilizar regeneración y puede manejar líquidos con bajo contenido de sólidos (5 a 10%) en suspensión.

Intercambiador de calor de carcasa y tubos (líquido/líquido; líquido/vapor): restringido a soluciones con bajos contenidos de sólidos y viscosidades inferiores a 10.000 cPs.

Intercambiador de calor de superficie raspada (líquido/líquido; líquido/vapor): Para sólidos de alta viscosidad (hasta 100.000 cPs) cuyo contenido sea superior al 75% de lo normal y partículas de hasta 1” como máximo. Para productos complejos o sensibles que requieren un procesamiento gentil.

Intercambiador de calor de carcasa y tubos

Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos constan de un haz de tubos sanitarios paralelos con los extremos expandidos en placas de tubos. El paquete está contenido en una carcasa cilíndrica. Las conexiones son tales que los tubos pueden contener el producto o el medio, según la aplicación. La principal limitación es que no se pueden utilizar para regenerar, pero pueden transferir mucho calor debido a su superficie.

Intercambiador de calor de tubo en tubo

El intercambiador de calor de tubo en tubo, a menudo llamado intercambiador de calor de doble tubo, es un intercambiador de calor totalmente soldado. El fluido de proceso pasa a través del tubo interior, mientras que el medio de calentamiento o enfriamiento pasa por el tubo exterior. Debido al gran tamaño del tubo de producto, estos intercambiadores de calor tienen la capacidad de procesar partículas muy grandes. Pueden manejar productos con alto contenido de pulpa, crear un bajo cizallamiento del producto, tener un costo inicial bajo, pueden manejar alta presión y pueden realizar CIP con el mismo caudal que las tuberías de proceso.

Intercambiador de calor de triple tubo

Los intercambiadores de calor de triple tubo están diseñados con tres tubos montados concéntricamente. Para aplicaciones de transferencia de calor, el medio de calentamiento o enfriamiento fluye a través del espacio entre los tubos interior y exterior mientras el producto viaja en dirección opuesta a través del tubo central.

Para aplicaciones de regeneración sanitaria, el producto calentado fluye en una dirección a través del espacio en los tubos interior y exterior, mientras que el producto enfriado viaja en la dirección opuesta a través del tubo central. En comparación con los regeneradores indirectos tradicionales, el tubo triple requiere aproximadamente la mitad del área de superficie, lo que a su vez requiere menos intercambiadores de calor, menos espacio y un enfriamiento más rápido del producto en el lado caliente del sistema, lo que disminuye el daño por calor debido a tiempos más cortos en residencia.

Los intercambiadores de calor de placas utilizan desde hace muchos años la regeneración directa para la pasteurización de la leche. La regeneración es un método de procesamiento eficiente, seguro y probado. Una opción valiosa es utilizar un sistema de triple tubo para la regeneración directa. Un intercambiador de calor de tres tubos proporciona una buena cantidad de superficie ya que la transferencia de calor se realiza en los tres tubos.

Las ventajas de los intercambiadores de calor de triple tubo es que tienen la capacidad de procesar productos viscosos y con alto contenido de pulpa, y que se fabrican según los estándares sanitarios tanto en el lado del producto como en el del medio, por lo que pueden usarse como regenerador directo.

Intercambiador de calor de placas

Los intercambiadores de calor de placas constan de varias placas de transferencia de calor de acero inoxidable corrugadas muy delgadas unidas entre sí en un marco. Cada segundo canal está abierto al mismo fluido. Entre cada par de placas hay una junta de goma, que evita que los fluidos se mezclen y se filtren al entorno. De este modo, el calor se transfiere del fluido caliente al fluido más frío a través de la fina placa de acero inoxidable. Las ondulaciones sostienen las placas contra la presión diferencial y crean un flujo turbulento en los canales. A su vez, el flujo turbulento proporciona una alta eficiencia de transferencia de calor, lo que hace que el intercambiador de calor de placas sea muy compacto en comparación con el intercambiador de calor tradicional de carcasa y tubos. En la mayoría de los casos, el intercambiador de calor de placas es el más eficiente. Generalmente ofrece la mejor solución para aplicaciones de calefacción y refrigeración, ya que puede manejar mejor los límites más amplios de presión y temperatura.

Las ventajas de un intercambiador de calor de placas son que utilizan el material más delgado para la superficie de transferencia de calor, lo que a su vez proporciona una transferencia de calor óptima, ya que el calor solo tiene que penetrar el material delgado. Además, hay una alta turbulencia en el medio que a su vez produce una mayor convección, lo que resulta en una transferencia de calor eficiente entre los medios. La consecuencia de este mayor coeficiente de transferencia de calor por unidad de área no sólo es un menor requisito de superficie sino también un proceso más eficiente. La alta turbulencia también proporciona un efecto de autolimpieza. Por lo tanto, en comparación con el intercambiador de calor de carcasa y tubos tradicional, la contaminación de las superficies de transferencia de calor se reduce considerablemente. Esto significa que el intercambiador de calor de placas puede permanecer en servicio mucho más tiempo entre los intervalos de limpieza. Dado que el intercambiador de calor de placas consta de una estructura de placas, se pueden agregar fácilmente más placas para aumentar la capacidad y las placas se pueden separar fácilmente para su limpieza.

Las desventajas de los intercambiadores de calor de placas son su costo inicial, no funcionan bien bajo altas presiones y no son muy adecuados para procesar productos pulposos o productos con partículas. La placa corrugada genera puntos de contacto necesarios para la rigidez y se crean puntos de "pellizco" que permiten la retención de la pulpa y las partículas. Esto crea efectivamente un filtro indeseable. Esto limita su capacidad para procesar más de un tipo de producto en un solo sistema, como jugo de naranja con pulpa y una bebida de frutas transparente que no debe contener pulpa. Intentar mantener limpio el intercambiador de calor de placas antes de utilizar un producto nuevo puede resultar muy difícil, si no imposible.

Intercambiador de calor de tanque agitado

Un tanque con camisa es un tanque con una camisa exterior diseñada para contener medios de calentamiento o enfriamiento. El producto se calienta o enfría mientras se mezcla, mezcla o agita. Un tanque con camisa con hoyuelos utiliza un elemento simple de transferencia de calor. Primero, el elemento calefactor se crea presionando un perfil con hoyuelos en una lámina plana de acero inoxidable. Esta lámina con hoyuelos, denominada estampado, luego se suelda por puntos al lado sin contacto de un tanque de acero inoxidable para crear un paso de flujo para los medios de calentamiento o enfriamiento. El resultado final es un elemento de transferencia de calor completamente soldado que es extremadamente delgado (aproximadamente ½" de espesor total). Las bobinas pueden permanecer expuestas o pueden cubrirse con un material aislante y luego cubrirse con una lámina de acero inoxidable. Los tanques encamisados ​​son no son térmicamente eficientes y no pueden usarse en una operación continua.

Tabla de comparación

	Procesador/Hervidor	Intercambiador de calor de placas	Tubo en tubo	tubo triple	Carcasa y tubo	Superficie raspada
Inspección de incrustaciones
Lado del producto	excelente	excelente	excelente	excelente	excelente	excelente
Lado de los medios	n / A	excelente	promedio	excelente	n / A	n / A
Inspección de fugas
Lado del producto	excelente	excelente	promedio	excelente	promedio	excelente
Lado de los medios	excelente	excelente	excelente	excelente	excelente	n / A
Inspección de corrosión
Lado del producto	excelente	excelente	promedio	bien	excelente	excelente
Lado de los medios	pobre	excelente	pobre	promedio	n / A	n / A
Limpieza quimica
Lado del producto	excelente	excelente	excelente	excelente	excelente	excelente
Lado de los medios	n / A	excelente	excelente	excelente	excelente	n / A
Limpieza Manual
Lado del producto	excelente	excelente	promedio	pobre	excelente	excelente
Lado de los medios	n / A	excelente	pobre	pobre	n / A	n / A
Reparar	pobre	excelente	pobre	promedio	bien	excelente