¿Sabrías diferenciar los intercambiadores de producción semi-instantánea de ACS que fabricamos en Hydronik de los intercambiadores de placas?
Si quieres saber más sobre los intercambiadores de placas, cómo su uso en los sistemas de ACS tiene sus beneficios y también sus inconvenientes, y qué otras alternativas existen, este artículo te interesa.
Los intercambiadores de placas son el tipo de intercambiadores de calor más extendido en el mercado. Aunque también existen otros tipos de intercambiadores de calor, como los tubulares, en este artículo vamos hablar de los intercambiadores de placas tradicionales.
¿Cuál es su función? Son unos equipos que permiten transferir calor entre dos fluidos sin que estos se mezclen. En concreto, en sistemas de ACS se utilizan para calentar el agua que se va a consumir a partir de otra fuente de calor, como puede ser una caldera, una bomba de calor o una instalación solar térmica. De esta forma, se evita el riesgo de contaminación del agua potable y se optimiza el uso de la energía.
¿Y cómo funcionan los intercambiadores de placas? ¿Qué ventajas, aplicaciones y criterios a tener en cuenta para diseñarlos tienen los intercambiadores de placas? Sigue leyendo.
Funcionamiento y propósito de los intercambiadores de placas en sistemas de ACS
Los intercambiadores de placas están formados por un conjunto de placas metálicas con distintas formas, que se apilan unas sobre otras y se sellan con juntas.
Cada placa tiene dos canales por los que circulan los fluidos, uno caliente y otro frío, alternándose entre las placas. Así, el fluido caliente cede calor al fluido frío a través de la superficie metálica, sin que haya contacto directo entre ellos. Como puede verse en la figura, entre 2 placas pasa el fluido primario que va a ceder el calor, y por las placas contiguas pasa el fluido que va a ser calentado. Los juegos de juntas entre placas hacen que este proceso se realice de forma segura y sin que exista mezcla entre los fluidos que ceden y reciben el calor.
El propósito de los intercambiadores de placas en sistemas de ACS es calentar el agua sanitaria mediante el aprovechamiento del calor residual o disponible de otro fluido.
Lo vemos más claro con un ejemplo: Si tenemos una caldera que genera vapor para calefacción o para cualquier proceso industrial, podemos hacer uso de ese vapor para calentar el agua sanitaria. De este proceso es del que se encarga un intercambiador de placas. Esto permite que el agua fría se caliente antes de ser distribuida para su uso en duchas, grifos y otros puntos de consumo de agua caliente sanitaria.
Los intercambiadores de placas no solo se pueden utilizar para calentar agua, también se pueden usar para enfriar el agua o cualquier otro tipo de fluido cuando hay una fuente fría disponible, como puede ser el agua del mar o un circuito refrigerante. Por ejemplo, en la industria alimentaria o farmacéutica, donde se requiere de una temperatura de uso más baja para el agua sanitaria, esta aplicación puede ser útil.
Ventajas de utilizar intercambiadores de placas en términos de transferencia de calor eficiente
Utilizar intercambiadores de placas en sistemas ACS ofrece una serie de ventajas en cuanto a eficiencia en términos de transferencia de calor:
- Diseño compacto: esto permite una mayor área de transferencia de calor en comparación con otros tipos de intercambiadores, como pueden ser los tubulares o los de carcasa y tubos. Esto posibilita una transferencia de utilizando un espacio reducido y eficiente.
- Control de la temperatura del agua caliente más preciso: los intercambiadores de placas permiten un control preciso de la temperatura del agua caliente. Esto cobra mucha más importancia en edificios donde se requiere un suministro constante de agua a una temperatura específica, sin fluctuaciones ni desperdicio de energía, como es el caso de instalaciones industriales o comerciales.
- Menor pérdida de carga: Los intercambiadores de placas tienen una resistencia al flujo de los fluidos relativamente baja, lo que implica una menor pérdida de presión y, por tanto, un menor consumo de energía para bombear los fluidos. Esto se debe a que las placas tienen un diseño optimizado para minimizar las curvas y las contracciones del canal, y a que se pueden ajustar el número y el tipo de placas según el caudal y la viscosidad de los fluidos.
Aplicaciones prácticas de los intercambiadores de placas en sistemas de ACS
Como ya hemos ido avanzando a lo largo del artículo, los intercambiadores de placas se utilizan en una gran variedad de aplicaciones en sistemas de ACS.
En cuanto al tipo de instalación, te damos algunos ejemplos:
- Industria hotelera: Una de las aplicaciones más comunes es el de la industria hotelera, donde se requiere gran cantidad de agua caliente sanitaria para satisfacer las necesidades de los huéspedes en habitaciones, restaurantes, spas, etc. Los intercambiadores de placas se utilizan para calentar el agua de grandes acumuladores, durante largos periodos de tiempo, de este modo se precisan equipos de producción de calor menos potentes. Incluso con un dimensionamiento adecuado se puede llegar a producir la totalidad del ACS en modo instantáneo, incluso en momentos de alta demanda. (Esta solución suele ser muy costosa económicamente)
- Industria alimentaria: Otra de sus aplicaciones se encuentra en la industria alimentaria, donde la higiene y la seguridad son de suma importancia. Los intercambiadores de placas permiten calentar rápidamente grandes volúmenes de agua para la limpieza y desinfección de equipos y utensilios. Además, se utilizan en la producción de alimentos y bebidas, donde el control preciso de la temperatura es esencial para garantizar la calidad y seguridad de los productos.
En cuanto a su cometido, se pueden utilizar para:
- Producción instantánea de agua caliente: Se pueden utilizar para producir agua caliente al instante, sin necesidad de almacenarla en un depósito. (Esta solución es muy costosa de implantar y muy poco eficiente energéticamente)
- ¿Cómo? Habría que utilizar un fluido primario, vapor o agua caliente procedente de una caldera o una bomba de calor, o calentada por energía solar térmica.
- Recuperación de calor residual: También se pueden usar los intercambiadores de placas para recuperar el calor residual o “disponible” de una instalación térmica o de un proceso industrial y utilizarlo para calentar el agua sanitaria. Como hemos comentado anteriormente, un ejemplo de ello es aprovechar el calor residual de los equipos de refrigeración del aire acondicionado, para calentar el agua sanitaria mediante este equipo. (Es muy importante el dimensionamiento de estos equipos para evitar saltos térmicos que nos lleven a temperaturas de peligro con la legionella)
- Enfriamiento del agua sanitaria: Por último, como hemos comentado más arriba en algunas instalaciones es necesario enfriar el agua sanitaria que tenemos disponible en fuentes frías como el agua del mar o un circuito refrigerante.
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Consideraciones de diseño y selección de intercambiadores de placas según las necesidades del sistema de ACS
Al seleccionar un intercambiador de placas para un sistema de ACS, es importante considerar varios factores clave.
- Las características de los fluidos.
- El tipo de configuración.
- El material y el diseño de las placas.
- El tipo y el material de las juntas y del bastidor.
Desgranándolos un poco más:
En primer lugar, es fundamental evaluar la demanda de agua caliente sanitaria del sistema y determinar el caudal y la temperatura requeridos. Esto ayudará a determinar el tamaño y la capacidad del intercambiador de placas necesarios para satisfacer las necesidades del sistema.
En segundo lugar, es crucial tener en cuenta las características de los fluidos que se utilizarán en el intercambiador, como la presión, la temperatura, el pH y la composición química. Algunos fluidos pueden ser corrosivos o propensos a la formación de incrustaciones, por lo que es necesario seleccionar materiales de placas y juntas adecuados que sean compatibles con los fluidos y que garanticen la durabilidad y eficiencia del intercambiador. Un error en la selección y dimensionamiento del intercambiador de placas puede llevarnos a un sistema muy poco eficaz y que requiera grandes cantidades de energía para funcionar correctamente.
Mantenimiento de los intercambiadores de placas
El mantenimiento adecuado es esencial en los intercambiadores de placas, como en cualquier otro elemento que forme parte de tu sistema ACS tradicional.
Se deben realizar inspecciones regulares para verificar el estado de las placas, las juntas y los componentes, y limpiar el intercambiador de forma periódica para evitar la acumulación de incrustaciones o sedimentos que puedan afectar su eficiencia.
Brevemente, el proceso es:
- Inspección: La inspección se debe hacer cada vez que se desmonta el intercambiador para verificar su estado y detectar posibles anomalías o defectos. La inspección debe incluir una revisión visual de las placas, las juntas, los pernos, las barras y el bastidor. Se debe comprobar que no haya grietas, fisuras, perforaciones, deformaciones, corrosión o fugas.
- Limpieza: La limpieza, que puede ser química o mecánica, se debe hacer cada cierto tiempo, según las características de los fluidos y las condiciones de trabajo.
- Reemplazo de piezas dañadas o desgastadas: Si se detecta una pieza dañada desgastada que puede afectar al rendimiento o seguridad, hay que sustituir la pieza por otra del mismo tipo y material.
¿Quieres saber más sobre el mantenimiento de los intercambiadores de placas y del resto de equipos de una instalación ACS? Descarga, de forma gratuita, nuestro Ebook Mantenimiento ACS y tendrás todas las tareas normativas y cuándo realizarlas a lo largo del año.
Problemas comunes de los intercambiadores de placas y su solución
Algunos de los problemas comunes y más habituales de los intercambiadores de placas son:
- Fugas: Las fugas se pueden dar por varios motivos.
- Si las juntas están deterioradas o mal posicionadas, elemento del intercambiador de placas que de por sí es muy sensible al deterioro.
- Si los pernos están demasiado apretados, o por el contrario, falte apriete.
- Si las placas se han deformado o perforado.
En estos casos, podemos solucionarlo reubicando o reemplazando las juntas, apretando/aflojando los pernos o reemplazando las placas dañadas. Seguidamente, deberíamos regular la presión para que no haya cambios bruscos en el flujo del fluido.
- Pérdidas de carga: Si hay una obstrucción, ya sea parcial o total, de los canales por incrustaciones o corrosiones, una variación de las condiciones de trabajo o, por ejemplo, un deformación de las placas, la respuesta es una alta pérdida de carga.
¿Cómo podríamos solucionarlo? Pues con un dimensionamiento inicial correcto junto con un mantenimiento y limpieza periódicos y adecuados.
- Reducción de la eficiencia térmica: Las mismas casuísticas que hemos nombrado que pueden dar lugar a una pérdida de carga, pueden dar lugar a que disminuya la eficiencia térmica. Tocaría, de nuevo, revisar aquellos elementos detonantes del problema y solucionarlo: limpiar las placas, revisar el diseño del intercambiador, controlar parámetros de los fluidos, reparar la fuga, reemplazar las placas, etc.
Alternativas a los intercambiadores de placas en sistemas ACS
En primer lugar, lanzamos una pregunta: ¿Los intercambiadores de placas son herramientas fundamentales en los sistemas de producción de agua caliente sanitaria?
En otro de nuestros artículos hablamos de los elementos que constituyen un esquema tradicional de instalación ACS, que enumeramos a continuación:
- Acometida de Agua Fría de Consumo Humano (AFCH).
- Generador de calor.
- Intercambiador de calor de placas.
- Depósito acumulador.
- Red de suministro.
- Elementos terminales.
- Circuito de retorno.
- Válvulas de regulación.
- Bombas de circulación.
Pero, ¿Tienen que estar todos estos elementos en todas las instalaciones de acs? Lo cierto es que no, y el tipo y cantidad de equipos variará en función del tipo de instalación, sus características y necesidades.
Por ejemplo, algunas de las configuraciones habituales son:
- Depósito acumulador + Intercambiador de placas.
- Interacumulador: es decir, el intercambiador va integrado en el acumulador.
- Intercambiador… ¡Solamente!
Por un lado, respecto a las configuraciones nº 1 y nº 2, ya hemos comentado en otras ocasiones los costes energéticos y de mantenimiento que suponen los acumuladores tradicionales y por qué nuestro sistema ACS “IHI” es una alternativa más eficiente, segura y económica de mantener. Si quieres más información, aquí puedes averiguar Las 7 diferencias entre los acumuladores de agua caliente y los intercambiadores semi-instantáneos de Hydronik.
Por otro lado, respecto de la configuración nº 3, utilizando un intercambiador solamente, tenemos 2 posibilidades:
- Producción instantánea: Esta posibilidad la hemos nombrado anteriormente. Se suele realizar mediante intercambiadores dimensionados para entregar el 100% del calor requerido en caso de consumo crítico (Muy sobredimensionados el 99,9% de la vida útil de la instalación y muy caros debido a su gran tamaño)
- Producción semi-instantánea: Con nuestros intercambiadores de producción semi-instantánea de ACS eliminamos el acumulador de ACS, además de las bombas de secundario y de estratificación u homogeneización.
!¿CÓMO?! ¿Intercambiadores semi-instantáneos? ¿No son como un intercambiador de placas?
No, nuestros intercambiadores semi-instantáneos, gama IHI, son equipos 3 en 1: Hacen la misma función que el conjunto de Acumulador+Intercambiador de placas+Bomba de secundario y bombas de homogeneización, suponiendo una alternativa más eficiente, segura y económica de mantener que el sistema de acumulación convencional.
¡Y lo más importante! Cubriendo todas las necesidades de todos estos elementos en un único equipo, eliminamos:
- Tareas y costes de mantenimiento de todos estos equipos.
- Costes de energía y electricidad
Además, se gana espacio en la sala de calderas, ya que son 2,5 veces más compactos que los acumuladores tradicionales.
Si hubiera que comparar nuestros intercambiadores semi-instantáneos con los intercambiadores de placas, siendo el intercambiador de placas el elemento que transfiere calor al agua que se encuentra en el acumulador, el intercambiador de placas equivaldría tan sólo al serpentín que tiene en el interior nuestro intercambiador.
¿Quieres saber más? Te dejamos más información sobre nuestros intercambiadores IHI aquí: Conoce los intercambiadores IHI de Hydronik.
Esperamos que con este artículo hayas conocido mejor los usos, beneficios y problemas más comunes de los intercambiadores de placas en sistemas de ACS. Y, como nos gusta hacer, hayas conocido otras alternativas para dejar atrás estos problemas con equipos más eficientes, que erradiquen problemas sanitarios, de rendimiento y de eficiencia, desde el momento de su puesta en marcha.
Si tienes alguna duda o consulta, no dudes en contactar con nosotros enviando un formulario o llamándonos o enviándonos un whatsapp al 646 566 652. Estaremos encantados de ayudarte.
FAQs sobre intercambiadores de placas en sistemas ACS
¿Cuál es la función de un intercambiador de placas?
Un intercambiador de placas es un dispositivo utilizado para transferir calor de un fluido a otro, sin que los fluidos entren en contacto directo. Consiste en una serie de placas corrugadas que crean canales a través de los cuales fluyen los dos fluidos, permitiendo la transferencia de calor entre ellos.
¿Qué ventajas tienen los intercambiadores de placas?
- Eficiencia térmica: Proporcionan una alta eficiencia en la transferencia de calor debido a la gran área de superficie disponible.
- Compactos: Tienen un diseño compacto y ocupan menos espacio en comparación con otros intercambiadores.
- Fácil mantenimiento: Las placas pueden separarse para facilitar la limpieza y el mantenimiento.
- Versatilidad: Pueden utilizarse en una variedad de aplicaciones y con diferentes tipos de fluidos.
- Bajo consumo energético: Requieren menos energía para funcionar eficientemente.
¿Cómo funciona un sistema de ACS?
Un sistema de Agua Caliente Sanitaria (ACS) calienta el agua para uso doméstico y sanitario. El agua fría entra en el sistema y pasa a través de un intercambiador de calor (como un intercambiador de placas) donde se calienta mediante la transferencia de calor desde una fuente de calor, como una caldera. Luego, el agua caliente se almacena en un depósito y está listo para su uso en grifos, duchas, etc.
¿Cuál es la diferencia entre los intercambiadores de producción semi-instantánea de ACS de Hydronik y los intercambiadores de placas convencionales?
Los intercambiadores de producción semi-instantánea de ACS de Hydronik, conocidos como la gama IHI, son equipos multifuncionales que combinan las funciones de acumulador, intercambiador de placas y bombas secundarias y de homogeneización en un solo dispositivo. A diferencia de los intercambiadores de placas convencionales, que solo realizan la transferencia de calor entre dos fluidos, los intercambiadores IHI optimizan la eficiencia, reducen el mantenimiento y el consumo de energía al proporcionar todas estas funciones en un diseño compacto.
¿En qué consiste el proceso de transferencia de calor en los intercambiadores de placas y cómo se evita la mezcla de fluidos?
El proceso de transferencia de calor en los intercambiadores de placas implica que el fluido caliente ceda calor al fluido frío a través de las placas metálicas sin mezclarse directamente. Las juntas entre las placas aseguran que no haya contacto entre los fluidos. El fluido caliente pasa por un conjunto de placas mientras que el fluido frío pasa por las placas adyacentes. Así, el calor se transfiere sin riesgo de contaminación.
¿Cuáles son las consideraciones clave para seleccionar y diseñar intercambiadores de placas adecuados para sistemas de ACS, y cómo se realiza su mantenimiento para garantizar su eficiencia?
Al seleccionar un intercambiador de placas, es esencial evaluar la demanda de agua caliente, considerar las características de los fluidos, elegir el material de las placas y las juntas, y diseñar el sistema según las necesidades. Para garantizar la eficiencia, se deben realizar inspecciones regulares, mantener limpias las placas y las juntas, y reemplazar piezas dañadas. El mantenimiento adecuado asegura un funcionamiento óptimo y prolonga la vida útil del intercambiador.
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