Diseño de Intercambiador de Coraza-tubo

PANAMÁ, REPÚBLICA REPÚBL ICA DE PANAMÁ Ministerio de Educación Universidad Tecnolóica de Pana!" #acultad de Inenier$a El%ctrica Lic& En In& Electro!ec"nica Electro!ec"nica 17 / julio / 2015 Trans'erencia de Calor Pro(ecto #inal “Diseño de Intercambiadores de Calor de tipo Coraza y Tubo”

Desarrollado )or* +on"le, -ai!e ./ 0 /1/ 0 23/14 5uintero, -uan ./ 0 /67 0 23/34 5uirós, Ale8 ./ 0 /36 0 39:4 Re(nolds, Ale8ander Ale8ander .PE 0 2: 0 2/:4 +ru)o* 2 0 IE 0 21: Pro'esor* In& Delado, Policar)io I ;e!estre

Universidad Tecnolóica de Pana!" #acultad de Inenier$a El%ctrica Lic& En In& Electro!ec"nica Trans'erencia de Calor Pro'esor* In& Delado, Policar)io

Resu!en del Pro(ecto En este trao teórico ( !ec"nico de un interca!o se to!aron en consideración las caracter$sticas del 'luido de trao, desde variao de los !is!os&

Proyecto fnal: “Diseño de intercambiadores de calor de tipo Coraza y Tubo” 2


Resu!en del Pro(ecto En este trao teórico ( !ec"nico de un interca!o se to!aron en consideración las caracter$sticas del 'luido de trao, desde variao de los !is!os&



Introducción E8isten !ucos )rocesos de inenier$a ?ue re?uieren de la trans'erencia de calor& Para este )roceso se necesitan los interca!os, el dise>o de estos e?ui)os a sido un ran reto )ara los investiadores, deos se an ido descuo de los !is!os, ?ue an 'avorecido su evolución ( desarrollo dentro de la industria en eneral& Los Interca!os de estos& ;us or$enes radican en el estudio de la trans'erencia de calor ( cantidad de !ovi!iento co!o una 'or!a necesaria )ara el a)roveca!iento de ener$a& Es )or esta raón, ?ue cient$'icos e inenieros an investiado el 'unciona!iento, dise>o ( condiciones de su o)eración& El o<=etivo )rinci)al de este )ro(ecto 'ue )ro)oner una !etodolo$a )ara dise>ar un interca!o de estos ( ?ue )or?ue no, )uedan )uedan servir )ara el auto e?ui)a!iento de laa >arr ( 'ao co!o los 'uturos )ro'esionales del !ercado industrial& industrial& Proyecto fnal: “Diseño de intercambiadores de calor de tipo Coraza y Tubo” 3


I&

MARC TERIC

I.1 Intercambiadores de calor: ;on e?ui)os ?ue )er!iten la circulación interna de 'luidos a trav%s de ellos con la 'inalidad de trans'erir ener$a calórica )or radientes de te!)eratura& Esto se lora a trav%s de un 'luido calentador o un re'rierante& Este ti)o de a)aratos son a!)lia!ente utiliados en todo ti)o de industria, es)ecial!ente en la ?u$!ica ( )etro?u$!ica& Estos e?ui)os eneran en las e!)resas venta=as co!)etitivas de
I.2 Condiciones principales de los intercambiadores de calor: Para la elección de un interca!o de un interca!

Universidad Tecnolóica de Pana!" #acultad de Inenier$a El%ctrica Lic& En In& Electro!ec"nica Trans'erencia de Calor Pro'esor* In& Delado, Policar)io Donde* 5 es la velocidad de trans'erencia de calor en G- H & Ai, Ao son las su)er'icies de trans'erencia de calor interna ( e8terna res)ectiva!ente en !& - Jti, Jto son las di'erencias de te!)eraturas entre el 'luido ?ue circula )or el interior de los tu
F Coe'iciente lo
A es la su)er'icie total de trans'erencia de calor !edido en !& Jt es la di'erencia de te!)eratura entre los dos 'luidos en KC&

F Di'erencia de Te!)eratura Media Loar$t!ica @LMTD& Para 'lu=o )aralelo*

Para 'lu=o en contracorriente*

Donde* -

T2 ( T son las te!)eraturas de entrada ( salida del 'luido caliente res)ectiva!ente& Estas se !iden en KC& t2, t son las te!)eraturas de entrada ( salida del 'luido 'r$o res)ectiva!ente& ;us unidades son KC&

F Di"!etro E?uivalente ( Ca$da de )resión en tu


Donde* -

D2 es el di"!etro e8terior del tu
Ca$da de )resión en tu
Donde* -

D es el di"!etro interior de la tu
I.4 Clasificación de los intercambiadores de calor: Los interca!
Universidad Tecnolóica de Pana!" #acultad de Inenier$a El%ctrica Lic& En In& Electro!ec"nica Trans'erencia de Calor Pro'esor* In& Delado, Policar)io F Contacto directo F Contacto Indirecto* - Trans'erencia directa& - Trans'erencia con al!acena!iento& - Leco #luido& 

;en su construcción* F #lu=o cruado F Es)iral F Placas F ;u)er'icie aletada F Tu


;en su co!)acidad* F Co!)acto F No co!)acto



;en dis)osición de 'luidos* F Paso Mlti)le F Paso nico* - E?uicorriente - Contracorriente - Cruado



;en !ecanis!o de trans'erencia de calor* F ConvecciónHConvección F ConvecciónHCa!


;en F F F F F

su a)licación* Econo!iadores, Precalentadores, recu)eradores& ornos +enerador de va)or Eva)oradores, condensadores, torres de en'ria!iento Colector solar


Universidad Tecnolóica de Pana!" #acultad de Inenier$a El%ctrica Lic& En In& Electro!ec"nica Trans'erencia de Calor Pro'esor* In& Delado, Policar)io F eat Pi)e I.5 Intercambiadores de Calor de Coraza y Tubo:

;on e?ui)os co!)uestos )or una carcasa cil$ndrica en cu(o interior se dis)one tuo, en )aralelo al e=e del cilindro& En el interior de %stos lti!os, circula un 'luido a una te!)eratura, velocidad ( )resión deter!inada& Por su e8terior, atraviesa un seundo 'luido con di'erentes )ro)iedades '$sicas& En los e8tre!os del )a?uete de tu
Figura 1. Intercambiador de coraza y tubo.


Universidad Tecnolóica de Pana!" #acultad de Inenier$a El%ctrica Lic& En In& Electro!ec"nica Trans'erencia de Calor Pro'esor* In& Delado, Policar)io E8isten varios dise>os de este ti)o de interca!
Figura 2. Intercambiador de cabezal flotante interno

F Intercambiador de lmina y tubo fi!o* )osee es)e=os soldados a la coraa, los cuales sirven ta!
Figura ". Intercambiador de lmina y tubo fi!o


Universidad Tecnolóica de Pana!" #acultad de Inenier$a El%ctrica Lic& En In& Electro!ec"nica Trans'erencia de Calor Pro'esor* In& Delado, Policar)io F Intercambiador de cabezal flotante e#terior * )osee aces de tu
Figura $.Intercambiador de cabezal flotante e#terior.

F Intercambiador de cabezal y tubos integrados% este interca!ado&

Figura & Intercambiador de cabezal y tubos integrados.


Universidad Tecnolóica de Pana!" #acultad de Inenier$a El%ctrica Lic& En In& Electro!ec"nica Trans'erencia de Calor Pro'esor* In& Delado, Policar)io F 'e(er)idor de caldera* este ti)o de interca!
Figura *. 'e(er)idor de caldera.

F Condensador de flu!o di)idido* este ti)o de interca!
Figura +. Condensador de flu!o di)idido



II&

DI;EO DE INTERCAMBIADR DE CALR TIP CRAA Q TUB

o( en d$a e8isten !ucos !%todos )ara el dise>o de interca!o de ern& Antes de e!)ear con el dise>o, conoca!os un )oco soo de interca!o nico& En este se to!a en cuenta 'actores de construcción, 'actores de ensucia!iento, di'erencia de te!)eratura !edia loar$t!ica, ( 'lu=o de los 'luidos )or el lado de la carcasa ( de la tu
II.1 rincipios b!sicos para el dise"o de intercambiadores de corza y tubo. Para el c"lculo del interca!
II.2



En cuanto a los 'luidos* + Te!)eratura de entrada ( salida& + Ca)acidad Calor$'ica& + Densidad& + Conductividad t%r!ica& + #lu=o !"sico& + Siscosidad&



En cuanto a las tu


En cuanto a la carcasa* + N!ero de )asos& + Arrelo ( dis)osición de los tu
#elección de fluidos:


Universidad Tecnolóica de Pana!" #acultad de Inenier$a El%ctrica Lic& En In& Electro!ec"nica Trans'erencia de Calor Pro'esor* In& Delado, Policar)io En un )rinci)io se )ensó en el dise>o del interca!
El coos de servicio& En la actualidad, el tuo& Las uniones son sencillas, con'iao del tu




II.3.2 Carcasa% tan&ue de almacenamiento de aceite y flauta de distribución' acero al carbón:

El acero al car<ón es una aleación 'or!ado )rinci)al!ente de ierro, !"8i!o de 2 de car<ón, ( otros ele!entos necesarios )ara su )roducción tales co!o silicio, !anesio e i!)ureas co!o au're, 'ós'oro, o8$eno e idróeno& Este es considerado el !aterial !"s co!n utiliado en las )lantas de )rocesos ( e?ui)os industriales& El au!ento del contenido de car<ón en el acero )roduce un au!ento de su resistencia a la tracción, un incre!ento del $ndice de 'railidad en 'r$o ( dis!inución de la tenacidad ( la ductilidad& En 'unción de estas caracter$sticas investia!os los ti)os de acero e8istentes, )ara conocer sus )rinci)ales detalles* F Acero dulce* Contiene )orcenta=e de car<ón de 7,6& Presenta una resistencia !ec"nica de 1/  66 GH!! ( una durea de 2:6  237 B& F Acero se!idulce* Posee 7,:6 de car<ón& Tiene una resistencia !ec"nica de 66  3 GH!! ( una durea de 267  2V7 B& F Acero se!iduro* su )orcenta=e de car<ón es de 7,16& Tiene una resistencia !ec"nica de 3  V7 GH!! ( una durea de /7 B& Proyecto fnal: “Diseño de intercambiadores de calor de tipo Coraza y Tubo” 15

Universidad Tecnolóica de Pana!" #acultad de Inenier$a El%ctrica Lic& En In& Electro!ec"nica Trans'erencia de Calor Pro'esor* In& Delado, Policar)io F Acero duro* El )orcenta=e de car<ón ?ue contiene es de 7,66& Tiene una resistencia !ec"nica de V7  V6 GH!!, ( una durea de 77  7 B& En 'unción de esta in'or!ación se decidió tra
El interca!
#elección de instrumentos adicionales: El siste!a de interca!
;e selecciona una
El
Para )oder acer los controles adecuadas de la te!)eratura se e!)lean 6 ter!ó!etros diitales cu(o rano de !edición van desde 7 KC asta :77 KC& II.4.4 -nemómetro:

Es el instru!ento e!)leado )ara !edir el 'lu=o de aire tanto a la entrada co!o a la salida del interca!
Universidad Tecnolóica de Pana!" #acultad de Inenier$a El%ctrica Lic& En In& Electro!ec"nica Trans'erencia de Calor Pro'esor* In& Delado, Policar)io II.5

eterminación de las temperaturas de dise"o: Para la esti!ación de la te!)eratura se )ueden realiar dos e8)eri!entos con los 'luidos i
Lueo calcula!os el 'lu=o !"sico del aire*

Posterior!ente se calcula la te!)eratura 'inal del aire*



La )rue
II./

imensionamiento de un intercambiador de calor: A continuación se )rocede a realiar los c"lculos o de este interca!
C"lculos teóricos*



2& Para el c"lculo del calor utilia!os la 'ór!ula siuiente*

& La te!)eratura !edia loar$t!ica*



:& Las te!)eraturas )ro!edio*

1& Par"!etros R ( ;, donde*

6& #actor de corrección )ara interca!
3& La te!)eratura !edia e'ectiva*

V& El coe'iciente lo

Universidad Tecnolóica de Pana!" #acultad de Inenier$a El%ctrica Lic& En In& Electro!ec"nica Trans'erencia de Calor Pro'esor* In& Delado, Policar)io /& Área total del trans'erencia*

9& ;u)er'icie e8terna del tu
22& Área de la con'iuración de tu
2& Área total de los tu
2:& Di"!etro !$ni!o de la carcasa*

21& Es)acio de los de'lectores*

26& N!eros de de'lectores*

23& Corrección de es)acio de de'lectores*



2V& N!ero de cruces )or el interca!
2/& Corrección del "rea de trans'erencia su)uesta*

29& Coe'iciente lo
Para la carcasa* 7& Área de 'lu=o de la carcasa*

2& Selocidad !"sica en la carcasa*

& Di"!etro e?uivalente*



:& N!ero de Re(nolds*

1& N!ero de )randalt*

6& N!ero de nusselt*

3& Coe'iciente individual e8terno*

Para la tu
/& Área total )or tu
9& Selocidad de 'luido )or tu


:7& N!ero de Re(nolds*

:2& N!ero de )randalt*

:& N!ero de nusselt*

::& Coe'iciente individual interno*

:1& Corrección del coe'iciente individual interno*

:6& C"lculo de la te!)eratura de la )ared interna*

:3& C"lculo de la te!)eratura de la )ared e8terna*



:V& #actor de corrección )ara la viscosidad de la carcasa*

:/& #actor de corrección )ara la viscosidad de la carcasa*

:9& Corrección de Coe'iciente individual de trans'erencia de calor interno en tu
1& #actor de ensucia!iento interno ( e8terno*

1:& Coe'iciente de trans'erencia de calor de dise>o*

11& Área de trans'erencia de calor*



16& #actor de 'ricción de Darc( )ara la carcasa*

13& Ca$da de )resión en la carcasa*

1V& #actor de 'ricción de Darc( )ara las tu
1/& Ca$da de )resión en las tu
III& Descri)ción de un interca!ado& Proyecto fnal: “Diseño de intercambiadores de calor de tipo Coraza y Tubo” 26

Universidad Tecnolóica de Pana!" #acultad de Inenier$a El%ctrica Lic& En In& Electro!ec"nica Trans'erencia de Calor Pro'esor* In& Delado, Policar)io A continuación se da una ado*

Figura 1/. 0rincipales componentes del intercambiador de calor de tubo y coraza.

2& Coraza* Es la envolvente cil$ndrica ?ue contiene al arrelo de los tu

Universidad Tecnolóica de Pana!" #acultad de Inenier$a El%ctrica Lic& En In& Electro!ec"nica Trans'erencia de Calor Pro'esor* In& Delado, Policar)io 1& 3amparas% ;on )lacas circulares con un corte del 6& ;e utilian )ara diriir el 'luido a trav%s del arrelo de los tuos )or vi

acia los tuos& 3& 5o6uillas de coraza y cabezal% ;on los conductos )or los cuales entra ( sale el 'luido del interca!
Conclusiones 2& Las condiciones ?ue i!)one el dise>o ter!odin"!ico del interca!o !ec"nico& Para esto, es necesario to!ar en cuenta la 'acilidad en !ani)ular el !aterial ( su dis)oni
Universidad Tecnolóica de Pana!" #acultad de Inenier$a El%ctrica Lic& En In& Electro!ec"nica Trans'erencia de Calor Pro'esor* In& Delado, Policar)io de'lectores ?ue a(udan al 'luido ?ue circula )or el interior de la carcasa a tener !a(or su)er'icie de contacto con los tuo ( una a)ro)iada selección de los !ateriales )ara su 'a
En las )rueo !ec"nico del interca!
1& El interca!
Reco!endaciones 2& Para el calenta!iento del 'luido ?ue circular" )or las tu
Universidad Tecnolóica de Pana!" #acultad de Inenier$a El%ctrica Lic& En In& Electro!ec"nica Trans'erencia de Calor Pro'esor* In& Delado, Policar)io & Las !anueras de lona ( cauco a )esar de )oseer un
Re'erencias A!erican ;ociet( o' Mecanical Enineers Boiler and Pressure Sessel Code, ;ection SIII, Div& 2, 772, NeX QorG& ;aunders, E& A& D&, 29//, eat E8caners ;election, Desin ( Construction, NeX QorG, -on [ile( \ ;ons, Inc&, ))& :/:, 1V661&


Diseño de Intercambiador de Coraza-tubo

Recommend Documents