FACILIDADES DE SUPERFICIE.
Cabimas, Octubre 2013.
REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA NUCLEO COSTA ORIENTAL DEL LAGO PROGRAMA DE INGENIERIA SUBPROGRAMA DE PETRÓLEO UNIDAD CURRICULAR: FACILIDADES DE SUPERFICIE. PROF. LIONEL PEÑA (Msc) CABIMAS – ESTADO ZULIA
Integrantes: Carreño, Elizabeth C.I 20.268.754 Hernández Alain C.I 19.626.700 Peñuela Jaime C.I 22.250.309 Sección 003
Cabimas, Octubre de 2013
RESUMEN El principal problema de diseño de un intercambiador de calor consiste en hacerlo óptimo, para lo cual se dispone de diversos métodos matemáticos y computacionales avanzados Para diseñar un intercambiador de calor se deben conocer las fases de análisis Térmico, diseño mecánico y diseño para su construcción y montaje. Los intercambiadores de tubo y carcasa consisten en una estructura de tubos pequeños colocados en el interior de un casco de mayor diámetro. Estos se diseñan de acuerdo a los estándares TEMA. (Tubular Exchanger Manufacturares Association). Como son equipos que tienen tubos en su diseño, es necesario tomar en cuenta el arreglo adecuado de los mismos y los accesorios a utilizar. Los intercambiadores de calor de tubo y carcasa generan caídas de presión. Las ecuaciones para su cálculo, varían dependiendo del tipo de intercambiador. El intercambiador de doble tubo es el tipo más sencillo. Está constituido por dos tubos concéntricos de diámetros diferentes. Presenta dos sistemas de arreglo acorde a las conexiones de entrada de los fluidos que circularan en el sistema, estas son en “serie” y en “serie-paralelo”
En el también existirán caídas de presión y si ésta sobrepasa las limitaciones del sistema, el intercambiador no operará con la eficiencia esperada La selección apropiada de un intercambiador de calor depende de varios factores como: Velocidad de transferencia de calor, costo, potencia para el bombeo, peso y tamaño, y es la experiencia la mejor guía para la dicha selección. Industrialmente según el tipo de intercambiador, pueden ser utilizados para el manejo de fluidos viscosos y sobre todo peligrosos o altas presiones, en refrigeración y calentamiento de productos lácteos, cervezas y bebidas y pasteurización.
ÍNDICE GENERAL Contenido Página Anteportada Portada Resumen Índice General Índice de Figuras Índice de tablas Introducción……………………………………………………………………….. 10 Diseño de Intercambiadores de calor 1. Diseño de intercambiadores de calor……………………………………...…..11
1.1. Diferentes métodos para el diseño d e Intercambiadores de Calor………11 2. Diseño de Intercambiadores de calor de tubo y carcasa……………………16
2.1. Partes de un Intercambiador de tubo y carcasa …………………………....17 2.2. Clasificación de los intercambiadores de tubo y carcasa………………….20 2.3. Clases de intercambiadores de calor de tubo y carcaza…………………..21 2.3.1 De cabezal fijo ……………………………………………………………...…22 2.3.1.1 Cabezales fijos, tipos y aplicaciones ……………………………………..22 2.3.2Tubos en forma de U …………………………………………………………..23 2.3.3 De cabezal flotante ……………………………………………………………24 2.4 Componentes básicos de un intercambiador de calor de carcasa y tubo ...25 2.5. Fases a seguir en el diseño de un intercambiador de calor de tubo y carcaza…………………………………...…………………………………………...25
2.6. Materiales de Construcción ……………………………………………………26 2.7. Consideraciones generales sobre intercambiadores de tubo y carcasa ….27 2.8. Arreglos óptimos y sus accesorios……………………………………………28 2.9 Tubos, carcasas y deflectores …………………………………………………29 2.9.1. Tubos…………………………………………………………………………..29 2.9.1.1 La placa de tubos ……………………………………………….…………..29 2.9.1.2. Arreglo de los tubos ………………………………………………………..30 2.9.2. Carcasa………………………………………………………………………..32 2.9.3. Deflectores o bafles………………………………………………………….33 2.9.3.1 Corte del deflector ………………………………………………………….36 2.9.3.2 Deflectores segmentados ………………………………………………….37 2.9.4 Cabezales ……………………………………………………………………..37 2.9.4.1 Cabezales anteriores ………………………………………………………38 2.9.4.2. Cabezales posteriores ……………………………………………………..39 2.10. Cálculo de la caída de presión en los tubos y en la carcasa ……………..39 2.10.1 Cálculo del factor de fricción ……………………………………………….40 2.11. Ventajas y Desventajas ……………………………………………………….42 2.11.1Ventajas………………………………………………………………………..42 2.11.2. Desventajas ………………………………………………...………………..42 3. Diseño de Intercambiadores de Doble Tubo.…………………………………..42 3.1 Calculo de un intercambiador de doble tubo ………………………………….44 3.2 Arreglos óptimos y accesorios ………………………………………………….46 3.3 Tubos y deflectores ……………………………………………...………………49
3.3.1 Tubos……………………………………………………………………………49 3.3.2 Deflectores………………………………………………………………...…...50 3.4 Calculo de caída de presión en los tubos ……………………………………..51 3.5. Ventajas y desventajas.……………………………………………………….52
3.5.1 Ventajas……………………………………………………………………….52 3.5.1 Desventajas……………………………………………………………….…..52 3.6 Criterios para la selección del tipo de intercambiador ……………………….53 3.7 Evaluación y determinación del comportamiento de los intercambiadores existentes en las industrias ………………………………………………………...58 EJERCICIOS.....................................................................................................61 CONCLUSIONES..............................................................................................67 GLOSARIO........................................................................................................68 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS..................................................................69 ANEXOS…………………………………………………………………….……….71
INDICE DE FIGURAS Pág. Figura 1. Distribución Corrientes Tinker …………………………………………..17 Figura 2. Esquema de intercambiador de tubo y carcasa ………………………18 Figura 3. Partes de un Intercambiador de tubo y carcasa ……………………….19 Figura 4. Clasificación de los intercambiadores de tubo y coraza acorde a la norma TEMA……………………………………………… …..……………………..20 Figura 5. Intercambiador de carcasa y tubo de cabezal fijo ……………………..22 Figura 6. Tipos de cabezales fijos ………………………………………………….23 Figura 7. Intercambiador de carcasa y tubo de tubos en forma de U ………….24 Figura 8. Intercambiador de carcasa y tubo de Cabezal flotante ………………24 Figura 9. Placa de tubos …………………………………………………………….30 Figura 10 Diferentes arreglos de tubos. …………………………………………31 Figura 11 Placas de impacto ………………………………………………………..33 Figura 12 Esquema de un intercambiador de tubo y carcaza donde se muestra el deflector longitudinal o divisor de paso …………………………………………34 Figura 13: tipos de deflectores transversales…………………………………….35 Figura 14: Deflector de disco y corona y de orificio ……………………………... 36 Figura 15 Espaciado de bafles …………………………………………………… .36 Figura 16 Corte del deflector ……………………………………………………… .37 Figura 17 Deflectores segmentados……………………………………………....37 Figura 18. Diagrama de Moody ……………………………………………………42 Figura 19: Intercambiador de calor de doble tubo ……………………………….43 Figura 20 y 21. Intercambiadores de doble tubo …………………………………43
Figura 22. Arreglo en serie y serie-paralelo …………………………..…….…...47 Figura 23. Intercambiador de doble tubo …………………………………….….. .49 Figura 24. Transferencia de Calor ……………………………………………....…60
ESQUEMA DE TABLAS
Tabla A: selección del ángulo de pitch Tabla B: Tipos de cabezales anteriores: resumen de aplicaciones Tabla C: Tipos de cabezales posteriores: resumen de aplicaciones Tabla D: conexiones para intercambiadores de doble tubo Tabla E: Áreas de flujo y diámetro equivalente en intercambiadores de doble tubo Tabla F. Intercambiadores comunes Tabla G: Aplicaciones de los intercambiadores comunes
INTRODUCCION En la vida diaria existen muchas situaciones físicas en las que es necesario transferir calor desde un fluido caliente hasta uno frio, para llevar el fluido a una temperatura optima, bien sea para un procesamiento o por niveles de seguridad. Cuando un cuerpo, por ejemplo, un objeto sólido o un fluido, está a una temperatura diferente de la de su entorno u otro cuerpo, la transferencia de energía térmica, también conocida como transferencia de calor o intercambio de calor, ocurre de tal manera que el cuerpo y su entorno alcancen equilibrio térmico. La transferencia de calor siempre ocurre desde un cuerpo más caliente a uno más frío. Cuando existe una diferencia de temperatura entre dos objetos en proximidad uno del otro, la transferencia de calor no puede ser detenida; solo puede hacerse más lenta Los equipos de intercambio de calor son clasificados por criterios de acuerdo al servicio, el fluido involucrado, el tipo de construcción En los sistemas mecánicos, químicos, nucleares y otros, ocurre que el calor debe ser transferido de un lugar a otro, o bien, de un fluido a otro. Los
intercambiadores de calor son los dispositivos que permiten realizar dicha tarea. Un entendimiento básico de los componentes mecánicos de los intercambiadores de calor es necesario para comprender cómo estos funcionan y operan para un adecuado desempeño. El objetivo de esta sección es presentar el diseño de los tipos de intercambiadores de tubo y carcaza, y de doble tubo; así como analizar los métodos para su diseño, el material con los que se construyen, el arreglo de los equipos, las caídas de presión producidas en ellos, y sus aplicaciones a nivel industrial. Y al final se incluyen algunos ejercicios de manera de poner en práctica toda la teoría aquí desarrollada.
DISEÑO DE INTERCAMBIADORES DE CALOR Un Intercambiador de Calor es un equipo utilizado para enfriar un fluido que está más caliente de lo deseado, transfiriendo esta calor a otro fluido que está frío y necesita ser calentado. La transferencia de calor se realiza a través de una pared metálica o de un tubo que separa ambos fluidos. Para diseñar un intercambiador de calor se deben conocer y aplicar las siguientes fases. •Análisis Térmico: enfocándose en el diseño térmico, donde se debe determinar
el área de superficie necesaria para transferir calor a una velocidad específica a determinados niveles dados de flujo y temperatura de los fluidos. •Diseño mecánico preliminar: se considera las temperaturas de operación, las
características de corrosión de uno o ambos fluidos, las expansiones térmicas relativas y los esfuerzos térmicos que la acompañan y la relación del cambiador de calor con otros equipos que intervenga. •Diseño para su construcción y montaje: El diseño para la fabricación traduce
las características y dimensiones físicas a una unidad que pueda construirse a bajo costo. Se deben seleccionar los materiales, acabados y cubierta, elegir el dispositivo mecánico óptimo, especificar los procedimientos de fabricación e instalación. 1.1 Diferentes métodos para el diseño de Intercambiadores de Calor En cada método se parte de la cantidad de calor a transferir o de la diferencia de temperaturas deseada, así como de las propiedades de los líquidos o gases que intervienen en el proceso. Existen
en
la
literatura
numerosos
métodos
para
el
diseño
de
Intercambiadores de calor de tubo y coraza. Entre los más conocidos se encuentran el Método de Kern, el Método de Bell Dellaware, el método de Eficiencia – NTU, el Método de la Temperatura Media Logarítmica, el Método de Tinker y Método de Wills and Jhonston.
Método Donohue El cálculo del coeficiente de transferencia de calor se basaba por primera vez en el área de flujo disponible que se calculaba como una media geométrica entre el área mínima de paso entre deflectores (área transversal) y el área de paso disponible en el deflector (área longitudinal). Sin embargo, no tenía en cuenta el efecto de las diferentes configuraciones de los tubos. Para el cálculo de la pérdida de carga se proponía la utilización de las curvas de factor de fricción obtenidas por Colburn con un factor de seguridad elevado. Por primera vez se consideró el efecto de la ventana del deflector, considerando esta ventana como un orificio con un coeficiente de descarga de 0.7. Este método, aunque muy simple de utilizar, proporciona unos resultados poco precisos, debido
básicamente
a
que
las
correlaciones
se
obtuvieron
con
intercambiadores pequeños con geometrías nada estándares. Método Tinker Al final de los años 40, al mismo tiempo que aparecían los métodos integrales, se hacía evidente que el flujo que se establecía en carcasa era complejo y con una gran dependencia de la geometría de construcción del intercambiador. A ello contribuyeron las primeras visualizaciones del flujo que se obtuvieron a finales de los años 40 y principios de los 50. Se observó que solo una parte del fluido seguía el camino "correcto" a través del haz de tubos, el resto pasaba a través de áreas de fuga (entre tubo y deflector, entr e deflector y carcasa y entre el haz de tubos y la carcasa). Estas áreas de flujo son inevitables en la construcción y montaje del intercambiador y determinan los flujos que se establecen en carcasa. Un método basado en correlaciones de flujo a través de un banco de tubos ideal o un método integral difícilmente puede incorporar toda la información de los diferentes flujos que se establecen en carcasa y como consecuencia de ello, dependiendo del tipo de construcción, los errores al aplicar los métodos pueden variar considerablemente. El método analítico recibe este nombre porque en cada intercambiador se lleva a cabo un análisis del flujo establecido en la carcasa. El primer análisis del flujo
establecido en la carcasa fue realizado por Tinker (1951) que propuso el siguiente modelo de flujo.
Figura 1. Distribución Corrientes Tinker. Trabajo de Maida Reyes.
http://www.monografias.com/trabajos93/procedimientos-disenointercambiadores-calor-tubo-y-coraza
La pérdida de carga que experimenta la corriente principal (B) al pasar de un espaciado entre deflectores al siguiente actúa como fuerza impulsora para las otras corrientes forzando a parte del fluido a pasar por las áreas de fuga. La repartición de caudales entre las diferentes corrientes dependerá de la resistencia al flujo que encuentre el fluido al pasar por cada uno de los caminos, teniendo en cuenta que la perdida de carga ha de ser la misma para todas las corrientes. Una vez obtenido el caudal de la corriente B se puede determinar el coeficiente de transferencia de calor aplicando una correlación de flujo cruzado en un banco de tubos ideal. Este método suponía un gran avance en la interpretación en la aproximación a la realidad del flujo establecido en la carcasa, sin embargo, pasó desapercibido por la gran dificultad de cálculo que entrañaba teniendo en cuenta las posibilidades de computación de la época, Debido a que el proceso de cálculo era un proceso iterativo muy laborioso para realizarlo a mano. No fue hasta principios de los años 70, con la posibilidad de utilizar computadores personales para realizar los cálculos, que se pudo aprovechar el potencial del método desarrollado por Tinker.
Método de Bell-Delaware El método Bell-Delaware propone calcular el coeficiente de transferencia de calor del lado carcasa utilizando las correlaciones obtenidas para flujo en un banco de tubos considerando que todo el caudal que circula por la carcasa atraviesa el banco de tubos. Posteriormente este coeficiente ideal de flujo cruzado se corrige por una serie de factores para tener en cuenta las fugas que se producen. La pérdida de carga en el lado carcasa se calcula como suma de las pérdidas de carga para flujo cruzado ideal y de la pérdida de carga en la zona de la ventana. Los errores de este método pueden ser del 40 % en pérdida de carga y normalmente predicen pérdidas de carga mayores a las reales. El error en el coeficiente de transferencia de calor es alrededor del 25%. La diferencia con respecto al método analítico propuesto por Tinker reside en que no establece interacción entre los efectos de las corrientes de fuga. El uso del software especializado ayuda en gran medida a mejorar los procesos de diseño de los intercambiadores de calor en todas sus etapas, sobre todos cuando se necesita realizar cálculos iterativos, proporcionando además de mayor precisión, un tiempo de cálculo en el proceso de diseño mucho más corto. Paralelamente, estos métodos de cálculo se van nutriendo de las nuevas correlaciones desarrolladas por los investigadores, cuyo trabajo a su vez es facilitado por las ventajas computacionales de la actualidad. Método de la temperatura media logarítmica o media logarítmica de diferencia de temperatura La diferencia de temperatura media logarítmica (también conocido como LMTD) se utiliza para determinar la temperatura del motor de la transferencia de calor en sistemas de flujo, especialmente en los intercambiadores de calor. LMTD es la media logarítmica de la diferencia de temperatura entre los arroyos calientes y fríos en cada extremo del intercambiador. Cuanto mayor sea el LMTD, más calor se transfiere. El uso de la LMTD directa surge del análisis de
un intercambiador de calor con el constante flujo de fluidos y propiedades térmicas. Suponemos que un intercambiador de calor de genéricos tiene dos lados (lo que llamamos "A" y "B") en la que el frío y caliente arroyos entrar o salir y, a continuación, la LMTD se define por la ecuación siguiente:
Para aplicar este método se realizan las siguientes suposiciones: -Las propiedades de las corrientes son constantes -El intercambio de calor se realiza en estado estacionario -Cada corriente tiene un calor específico constante -El coeficiente global de transferencia de calor es constante -La conducción axial a lo largo de los tubos es insignificante -No hay pérdida de calor -El flujo es en contra- o co-corriente Método de Kern Este método ha sido adoptado como un estándar por la industria durante muchos años. Las correlaciones para el cálculo de la transferencia de calor y la pérdida de carga se obtuvieron de intercambiadores estándar con un corte de deflector del 25 % (una decisión acertada porque en la mayoría de los casos es el mejor diseño). La predicción de la transferencia de calor varía entre ligeramente insegura (valor superior al real) y muy segura (valor inferior al real). Mientras que las predicciones de la pérdida de carga se sitúan en el lado de seguridad con errores superiores al 100 %. En régimen laminar los errores todavía son grandes debido a la poca información disponible en el momento que se elaboró el método.
Si bien los resultados obtenidos por el método Kern no presentaron una gran mejora respecto a las correlaciones existentes, el mérito del éxito obtenido se encuentra en el hecho de haber presentado un método global de diseño, presentando además varios ejemplos de cálculo. Es evidente que no puede ser utilizado como un método de diseño porque la sobrestimación de la pérdida de carga puede llevar a diseños conservadores, con una gran separación de deflectores o con diámetros de carcasa superiores, y por consiguiente con coeficientes de transferencia de calor bajos. Sin embargo, todavía se sigue utilizando en la industria para comprobar el funcionamiento térmico de los intercambiadores. 2. Diseño de Intercambiadores de calor de tubo y carcasa. Son los intercambiadores más ampliamente utilizados en la industria química, es el más común en refinerías de petróleo y con las consideraciones de diseño mejor definidas. Consisten en una estructura de tubos pequeños colocados en el interior de un casco de mayor diámetro. Los intercambiadores de tubo y carcaza (o tubo y coraza) se diseñan de acuerdo a los estándares publicados por la asociación de Fabricantes de Intercambiadores tubulares, conocida como TEMA (Tubular Exchanger Manufacturares Association). TEMA presenta tres estándares
para la construcción mecánica, los que
especifican diseño, fabricación y materiales a utilizar en los intercambiadores de tubo y carcaza. Estos son: Clase R: para las aplicaciones en petróleo y procesos relacionados. Clase C: para aplicaciones en procesos comerciales. Clase B: Para servicio en procesos químicos. Aplicables con las siguientes limitaciones:
Diámetro interno de la carcaza
Presión 207bar (3000psi)
1.524mm (60in)
Relacion (diámetro interno de carcaza) (presión)
105,00mm
/bar
(60.000in/psi) La intención de cumplir con los parámetros anteriores es limitar el diámetro de los pernos utilizados
Figura 2. Esquema de intercambiador de tubo y carcasa. Imágenes wikimedia.
(2010) http://commons.wikimedia.org/ 2.1. Partes de un Intercambiador de tubo y carcasa. Tal y como sugiere su nombre, este tipo de intercambiador de calor consta de una carcasa (un gran recipiente a presión con un haz de tubos en su interior. Un fluido pasa a través de los tubos y otro por fuera de los tubos (a través de la carcasa) para transmitir el calor entre los dos fluidos. El conjunto de tubos es denominado haz tubular y puede estar compuesto de varios tipos de tubos lisos, aletados, longitudinalmente, etc. Pueden apreciarse las partes del intercambiador de calor de tubo y carcasa en la Figura 3.
1-Carcaza. 2-Tubos. 3-Placa de tubos. 4-Deflectores. 5-Deflector longitudinal. 6-Cabezal posterior. 7-Cabezal fijo. 8-Boquilla de la carcaza. 9-Boquillas para los tubos. Figura 3. Partes de un Intercambiador de tubo y carcasa. Guía de
intercambiadores de calor. Dosinda González (2002). Este tipo de equipo (Fig. 3) consiste en una carcasa cilíndrica (1) que contiene un arreglo de tubos (2) paralelo al eje longitudinal de la carcasa. Los tubos pueden o no tener aletas y están sujetas en cada extremo por laminas perforadas (3). Hay muchas variaciones en los diseños de carcasa y tubo. Generalmente, los extremos de cada uno de los tubos están conectados a cabezales (llamados a veces cajas de agua o simplemente cámaras) a través de los agujeros practicados en placas tubulares. Los tubos pueden ser rectos o curvados en forma de U, llamados tubos-U (horquillas). El primer paso es delimitar el problema tanto como sea posible inicialmente, esto es, definir para las corrientes: caudales, presiones, temperaturas, propiedades físicas, fouling, pérdidas de presión admisibles, etc. Luego se procede a seleccionar valores tentativos para los parámetros más importantes de diseño, tales como longitud y diámetro de los tubos (teniendo en cuenta las pérdidas de presión y las vibraciones que se producirán), el arreglo del banco de tubos, el espaciamiento entre deflectores, la cantidad de pasos y cantidad de carcasas en serie. Con estas dimensiones, se tiene el valor de un área inicial supuesta.
Con estos valores se efectúa la evaluación térmica del intercambiador, dando como resultado un valor del coeficiente global de transferencia de calor. Este puede obtenerse mediante la combinación de correlaciones que dependen de los parámetros seleccionados. Con este valor, se procede a calcular un nuevo valor de área requerida. El procedimiento es más preciso en la medida que lo es el cálculo del coeficiente global de transferencia de calor. Este es un valor que depende del coeficiente de transferencia de calor por convección en el interior y exterior de los tubos, que a su vez de las propiedades de los fluidos. Si bien la definición de dichos coeficientes en el lado de los tubos es bastante precisa con las correlaciones actuales, no lo es tanto para el lado de la carcasa. 2.2 Clasificación de los intercambiadores de tubo y carcasa
Figura 4. Clasificación de los intercambiadores de tubo y coraza acorde a la norma TEMA. Guía de intercambiadores de calor. Dosinda González (2002).
Un intercambiador de calor de casco y tubo conforme a TEMA se identifica con tres letras, el diámetro del casco en pulgadas y la longitud nominal de los tubos en pulgadas. La primera letra es la indicativa del tipo del cabezal estacionario. Los tipo A (Canal y cubierta desmontable) y B (Casquete) son los más comunes. La segunda letra es la indicativa del tipo de casco. La más común es la E (casco de un paso) la F de dos pasos es más complicada de mantener. Los tipos G, H y J se utilizan para reducir las pérdidas de presión en el casco. El tipo K es el tipo de rehervidor de caldera utilizado en torre de fraccionamiento. La tercera letra nos indica el tipo de cabezal del extremo posterior, los de tipo S, T y U son los más utilizados. El tipo S (cabezal flotante con dispositivo de apoyo) el diámetro del cabezal es mayor que el del casco y hay que desmontarlo para sacarlo. El tipo T (Cabezal flotante sin contrabrida) puede sacarse sin desmontar, pero necesita mayor diámetro de casco para la misma superficie de intercambio. El tipo U n (haz de tubo en U) es el más económico, pero a la hora de mantenimiento necesita una gran variedad de tubos en stock.
2.3. Clases de intercambiadores de calor de tubo y carcasa. Independientemente del tipo, los intercambiadores de acuerdo a su construcción mecánica, pueden ser:
De cabezal fijo
Tubos en forma de U
De cabezal flotante
Es necesario saber de antemano que un cabezal corresponde a la parte del intercambiador que permite la distribución del fluido que viaja por los tubos.
2.3.1 Cabezal fijo Se caracterizan por tener dos placas de tubos soldadas a la carcasa, el interior de los tubos se puede limpiar mecánicamente después de remover la tapa del canal. El banco de tubos no se puede extraer y su limpieza exterior se debe realizar químicamente. Se utiliza para fluidos limpios, por el lado de la carcasa. Características: No presentan uniones internas por lo cual se elimina partes ,potenciales de
fugas, los tubos internos se pueden colocar ,muy cerca de la cara interna de la carcasa y por lo tanto el número de tubos para un determinado diámetro es mayor que para cualquier otro tipo de intercambiador. •
Se puede usar para altas presiones y fluidos tóxicos.
•
La combinación de temperaturas y coeficientes de expansión de la carcasa y los tubos durante el servicio causan una expansión diferencial que si no puede ser absorbida por el equipo es recomendable usar otro intercambiador.
Figura 5. Intercambiador de carcasa y tubo de cabezal fijo. Guía de
intercambiadores de calor. Dosinda González (2002). 2.3.1.1 Cabezales fijos, tipos y aplicaciones Tipo A: Es un barril cilíndrico o canal con bridas en ambos extremos, uno de los cuáles permite el acceso al canal y el otro se sujeta con pernos a la hoja de tubos fija.
Tipo B: Consiste en un barril cilíndrico con un bonete soldado en un extremo y una brida en otro, sujeta con pernos a al espejo de tubos. Ambos se usan con placa de tubo fija, tubos en forma de U y bancos de tubo removible Tipo C: Una brida se sujeta con pernos y permite el acceso al canal y el otro extremo esta soldado a la hoja de tubos. Presenta problemas de mantenimiento. Tipo D: Es utilizado especialmente para altas presiones. El canal y la placa de tubo tienen construcción forjada integra
Figura 6. Tipos de cabezales fijos. Guía de Intercambiadores de tubo y carcasa
de
la
Web
del
Profesor
de
la
Universidad
de
los
Andes.
http://www.webdelprofesor.ula.ve (2008).
2.3.2 Tubos en forma de U Se caracteriza por tener solo una placa de tubos en forma de U, que tienen la particularidad de moverse libremente con relación a la carcasa lo que elimina el problema de la expansión diferencial. Los bancos de tubos se pueden remover para limpieza mecánica, pero el interior de estos se limpia en general químicamente.
•Se utilizan cuando el fluido que circula por los tubos es limpio, los
fluidos sucios circulan por la carcasa. •Estos intercambiadores no tienen uniones internas y los tubos
periféricos se pueden colocar muy cerca de la cara interna de la carcasa, pero como existe una limitación mecánica en el radio de los tubos interiores, el número de tubos que se puede colocar en una carcasa de diámetro dado es menor a la de placa de tubos fijos.
Figura 7. Intercambiador de carcasa y tubo de tubos en forma de U. Guía de
intercambiadores de calor. Dosinda González (2002). 2.3.3 Cabezal flotante Se caracteriza por tener una hoja de tubos fijas, mientras que la otra flota libremente permitiendo el movimiento diferencial entre la carcasa y los tubos, se puede extraer todo el haz de tubos para la limpieza.
Figura 8. Intercambiador de carcasa y tubo de Cabezal flotante. Guía de
intercambiadores de calor. Dosinda González (2002).
2.4. Componentes básicos de un intercambiador de calor de carcasa y tubo. o
Coraza (Shell)
o
Cubierta de la coraza (Shell cover)
o
Tubos (Tubes)
o
Cabezal (Channel)
o
Cubierta de cabezal (Channel cover)
o
Espejo de tubos (tubesheet)
o
Bafles-deflectores (baffles)
o
Boquillas de entrada de fluidos. (Nozzles)
2.5 Fases a seguir en el diseño de un intercambiador de calor de tubo y carcaza: 1.- Comprobar el Balance de energia, hemos de conocer las condiciones del procesamiento, caudales, temperaturas, presiones, propiedades físicas de los fluidos. 2.- Asignar las corrientes al tubo y casco. 3.- Dibujar los diagramas térmicos. 4.- Determinar el número de intercambiadores en serie. 5.- Calcular los valores corregidos de la diferencia media de temperaturas (MTD). 6.- Seleccionar el diámetro, espesor, material, longitud y configuración de los tubos. 7.- Estimar los coeficientes de película y de suciedad. Calcular los coeficientes globales de transmisión de calor 8.- Calcular la superficie de intercambio estimada.
9.- Seleccionar el tamaño del casco (utilizando dos pasos en tubo). 10.- Calcular las pérdidas de presión en el lado del tubo y recalcular el número de pasos para cumplir con las pérdidas de presión admisibles. 11.- Asumir la separación entre desviadores y el área de paso para conseguir la perdida de presión en casco admisible. 12.- Recalcular los coeficientes de película en el lado del tubo y del casco utilizando las velocidades másicas disponibles. 13.- Recalcular los coeficientes globales de transmisión de calor y comprobar si tenemos suficiente superficie de intercambio. 14.- Si la superficie de intercambio es muy grande o muy pequeña revisar los estimados de tamaño de carcasa y repetir las etapas 913. La ecuación del balance de energía para un intercambiador de calor es: APORTE DE CALOR AL FLUIDO FRÍO - APORTE DE CALOR AL FLUIDO CALIENTE + PERDIDAS DE CALOR = 0 2.6. Materiales de Construcción. El material de construcción más común en los intercambiadores de calor es el acero al carbono. Otros materiales en orden de utilización son: • Acero inoxidable de la serie 300 • Níquel • Monel • Aleaciones de cobre, como latón Admiralty • Aluminio • Inconel • Acero inoxidable de la serie 400
Los materiales a utilizar se seleccionan por su resistencia a la corrosión. Se utilizan tubos bimetálicos cuando las condiciones de temperatura y requisitos de corrosión no permiten la utilización de una aleación simple. Consisten en dos materiales laminados juntos. Hay que tener cuidado con la acción galvánica. También se encuentran intercambiadores de construcción no metálica como son tubos de vidrio, en casco de vidrio o acero. También se encuentran intercambiadores de calor de grafito, y de teflón. Consideraciones para la disposición de los fluidos a través de los tubos o carcasa:
Colocar el fluido más corrosivo en los tubos.
Colocar el fluido con mayor tendencia a la formación de depósitos en los tubos. En los tubos es preferible el control de la velocidad, mayor velocidad menor ensuciamiento.
Es recomendable fluido caliente en los tubos.
Ubicar la corriente de mayor presión en los tubos requiere menor componentes de alta presión.
Los fluidos con menor caída de presión permisible debería colocarse en los tubos.
Los mayores flujos de transferencia de calor son obtenidos colocando un fluido viscoso en la carcasa.
El fluido toxico debe colocarse en los l os tubos, para minimizar fugas.
Al colocar el fluido con menor flujo en la carcasa, generalmente origina un diseño más económico. La razón de ello se debe a que en la carcasa el fluido experimenta mayor turbulencia a menor velocidad que en el tubo.
2.7. Consideraciones generales sobre intercambiadores de tubo y carcasa. Para el diseño de estos equipos se debe fijar la situación de los fluidos, por el interior de los tubos, o por el exterior. Se debe tener en cuenta el poder de ensuciamiento y lo corrosivos que son los productos a circular para poner un
fluido por el interior o exterior de los tubos, colocando el fluido que sea capaz de ensuciar más, por el interior de los tubos. Es necesario tener en cuenta el cociente de caudales y el de las secciones de paso en el haz y en la carcasa, situando, al que tenga mayor caudal, en la sección mayor. Si los caudales son desproporcionados, se deberá prever el caudal menor por el interior del haz, aumentando el número de pasos por el lado de los tubos, con el fin de obtener un número de Reynolds razonable. Como son intercambiadores de construcción poco costosa y permiten alojar el máximo de tubos en el interior de la envoltura, en dimensiones menores 24” la carcasa se suele elaborar con tubo y por encima con chapa curvada y soldada. Cuando la diferencia de temperatura entre el fluido frío y caliente es grande, se presentan problemas de utilización, por las dilataciones o contracciones del haz respecto a la carcasa. 2.8. Arreglos óptimos y sus accesorios El equipo de tubo y coraza involucra la expansión de un tubo en un espejo, placa ó cabezal, y la formación de un sello que no fuga bajo condiciones razonables de operación. En este tipo de intercambiadores se utilizan los arreglos de tubos en cuadrado y arreglo en triangulo. La ventaja del espaciado cuadrado consiste en que los tubos resultan accesibles para la limpieza externa y que tienen una baja caída de presión cuando el fluido fluye en la dirección indicada. En la disposición triangular se produce mayor turbulencia, debido a que el fluido que circula entre los tubos adyacentes a alta velocidad golpea directamente en la hilera siguiente. El espaciado de los tubos, los orificios correspondientes no pueden situarse muy cerca entre sí, ya que ello debilitaría estructuralmente cada cabezal de tubos o espejo. La distancia más corta entre dos orificios adyacentes se denomina claro, y la distancia de centro a centro en tubos adyacentes es el
espaciado de los tubos, estando ambas dimensiones casi siempre normalizadas. Entonces se supone que cuando la caída de presión pr esión y la limpieza son aspectos de menores consecuencias, la disposición triangular es mejor para alcanzar valores altos del coeficiente de transmisión de calor en el lado de la coraza (Fuera del haz de tubos), consiguiéndose así coeficientes en torno al 25 % mayores que con la disposición en cuadro bajo condiciones similares. 2.9 Tubos, carcasas y deflectores. 2.9.1 Tubos Proporcionan la superficie de transferencia de calor entre un fluido que fluye dentro de ellos y otro que fluye sobre la superficie externa. Se encuentran disponible en varios metales como: acero de bajo carbono, cobre, aluminio, admiralty, 70-30 cobre-niquel, cobre-niquel, aluminio-bronce, aceros inoxidables. inoxidables. Se pueden obtener en diferentes gruesos de pared, pared, definidos por el calibrador calibrador Birmingham para alambre, que en la práctica se refiere como el calibrador BWG. BWG. El área que poseen estos tubos representa el área de transferencia de calor que posee el intercambiador. Los orificios de los tubos no pueden taladrarse muy cerca uno del otro, ya que una franja demasiado estrecha de metal entre los tubos adyacentes, debilita estructuralmente el cabezal de tubos o espejo. 2.9.1.1 La placa de tubos Es generalmente una placa (Fig1.1) que ha sido perforada y acondicionada (juntas de expansión) para soportar los tubos, las empacaduras, las barras espaciadoras. Además debe de cumplir con los requerimientos mecánicos, debe soportar el ataque corrosivo por parte de ambos fluidos y debe ser químicamente compatible con el material de los tubos. Por lo general están hechas de acero de bajo carbono con una capa delgada de aleación metalúrgica anticorrosiva.
Figura 9. Placa de tubos. Guía de intercambiadores de calor. Dosinda González (2002).
Las juntas de los tubos constituyen los puntos más probables de goteo de un fluido a otro y, en algunos casos, este goteo puede contaminar el proceso completamente. Una solución a este problema consiste en colocar una placa de tubos doble en la separación entre ellas abierta a la atmosfera, de manera que se detecte un derrame de cualquiera de los fluidos. 2.9.1.2. Arreglo de los tubos La forma en que los tubos son arreglados en el intercambiador (Fig121) es muy importante; por lo general, la distancia entre los centros de los tubos no debe ser menor a 2,25 veces al diámetro exterior de los mismos.
Figura 10 Diferentes arreglos de tubos. Guía de intercambiadores de calor. Dosinda González (2002). Para obtener haces de tubos más compactos y económicos, se sugiere el uso de ángulos de 30º y 60º, los que permiten acomodar un 15% más de tubos que los otros, pero no deben ser usados cuando se requiera de limpieza externa por medios mecánicos. Para todos los intercambiadores con factores de ensuciamiento inferiores a 0,00035 m2 C/W (0.002 Ft2h/BTU) o menores, se prefiere el arreglo triangular de 30º. En la tabla A se especifica cada uno de los arreglos para intercambiadores de calor de tubo y carcasa y alguna de sus aplicaciones.
Tipo de Arreglo
Características
del Aplicaciones
fluido de la carcasa Triangular 60°
Limpio
Poco usado por las altas caídas de presión que origina.
Triangular 30°
Limpio
Arreglo preferido para factores
de
ensuciamiento menores de 0.002 pie 2 oF/BTU. Se utiliza en cualquier
régimen de flujo. Son más económicos que los arreglos cuadrados. Preferido para servicios limpios.
Cuadrado 90°
Sucio
a) Se utiliza cuando el factor de ensuciamiento en la carcaza es >0.002 pie2 oF/BTU. b) Cuando la limpieza mecánica es critica c) Con flujo turbulento en casos
limitados
por
caída de presión
Cuadrado 45°
Sucio
Ídem a, b y cuando el flujo es laminar Re<2000
Tabla A: selección del ángulo de pitch. Guía de intercambiadores de calor.
Dosinda González (2002). Los arreglos cuadrados son utilizados para intercambiadores con factores de ensuciamiento del lado de la coraza superiores a 0,00035 m2 C/W (0.002 Ft2h/BTU) o cuando se requiera limpieza mecánica externa. En el caso de tener flujo turbulento en la carcasa, el ángulo de 90º ofrece características superiores en transferencia de calor y caídas de presión que los de 45º; sin embargo, en el caso de régimen laminar, es preferible un arreglo de 45º (cuadrado rotado) 2.9.2. Carcasa Es simplemente un recipiente para el fluido externo. Es de sección transversal circular, generalmente de acero de bajo carbono aunque pueden construirse de
otra aleaciones, especialmente, cuando se debe cumplir con requerimientos de altas temperaturas o corrosión. La carcasa posee unas boquillas que constituyen las vías de entrada y salida del fluido. La primera por lo general tiene una placa de impacto (Fig ura 11) para impedir que el flujo pegue directamente y a altas velocidades en la hilera superior de los tubos, pues este impacto podría causar erosión, cavitación y/o vibración.
Figura 11 placas de impacto. Guía de intercambiadores de calor. Dosinda
González (2002). Existen 6 arreglos estandarizados de carcasas según TEMA clasificados como E, F, G, H, J y X aplicables a cualquier tipo de intercambiador. El más usado por su economía y térmicamente más eficiente es el TEMA E. Sin embrago cuando el diseño está limitado por la caída de presión en la carcasa es más ventajoso TEMA J. La carcasa de dos pasos tipo F se emplea cuando por razones térmicas es necesario usar dos carcasas tipo E en serie. La carcasa tipo G se utiliza cuando se requiere de dos pasos, y la caída de presión es un factor limitante. Y la tipo H es equivalente a dos tipo G en paralelo pero unida a los extremos.
La carcasa tipo K se emplea por lo general cuando el fluido sufre un cambio de fase. 2.9.3. Deflectores o baffles Es un dispositivo mecánico que modifica la dirección o la trayectoria de un fluido. Usualmente se instalan deflectores (placas) del lado de la carcasa, bien sea transversal o longitudinalmente. Los deflectores longitudinales se usan cuando se requieren dos o más pasos por la carcasa. Son denominados también divisores de paso. Se trata de colocar un número aproximadamente igual de tubos por paso para minimizar la diferencia de presión, complejidad de fabricación y costo. Los deflectores transversales se emplean para soportar los tubos evitando así el pandeo y vibración y para incrementar el coeficiente de transferencia de calos del fluido ya que, variando la distancia entre deflectores, el diseño puede modificar la velocidad del fluido por la coraza, induciendo turbulencia. Los deflectores también son utilizados como soporte del haz de tubos a fin de que estos no se pandeen a lo largo del intercambiador. Hay varios tipos de deflectores, los más usados son los deflectores segmentados, los cuales son hojas de metal perforadas cuyas alturas son generalmente 75 % del diámetro interior de la coraza. Estos se conocen como deflectores de 25 % de corte.
Figura 12: Esquema de un intercambiador de tubo y carcaza donde se muestra el deflector longitudinal o divisor de paso . Guía de intercambiadores de calor.
Dosinda González (2002).
Los deflectores transversales pueden ser segmentados con o sin tubos en la ventana, multi-segmentados o de disco y anillo. Tal como se muestra en la figura (13) los cortes se alteran 180º, lo que causa que el fluido pase sobre los tubos más o menos en forma perpendicular (flujo cruzado)
Figura 13: tipos de deflectores transversales. Guía de intercambiadores de
calor. Dosinda González (2002) Los deflectores segmentados son los más comunes pero cuando la caída de presión del lado de la carcasa es elevada, ésta se puede reducir considerablemente al usar deflectores multisegmentados doble o triple. Los deflectores tienen las funciones: •
Soportar haz de tubos.
•
Restringir la vibración de los tubos debido a los choques con el fluido.
•
Canalizar el flujo por la carcasa originando turbulencia para lograr
mayores efectos de transferencia de calor. El espaciado centro a centro entre deflectores se llama espaciado de deflectores. El espaciado mínimo es el 20 % ó 1/5 del diámetro interno de la carcasa o 2 plg, el que resulte mayor, el máximo no debe exceder el diámetro interno de la carcasa.
Otros tipos de deflectores son el disco y corona y el deflector de orificio mostrados en la fig (pp). Aun cuando algunas veces se emplean otros tipos, no son de importancia general.
Figura 14: Deflector de disco y corona y de orificio. Heat Transfer J.P Holman, 9ª edición (2008). Un espaciado bajo entre bafles resulta en una penetración muy pobre del fluido en la coraza, y dificulta la limpieza mecánica de los tubos. Un espaciado muy alto entre bafles tiende a producir flujo longitudinal, que es menos eficiente que el flujo cruzado. El espaciado óptimo entre bafles está entre 30 a 60%.
Figura 15 : Espaciado de bafles. Guía de Intercambiadores de tubo y carcasa
de
la
Web
del
Profesor
de
la
Universidad
de
los
Andes.
http://www.webdelprofesor.ula.ve (2008). 2.3.1 Corte del deflector Permite el paso del fluido a través del deflector y se expresa como el cociente entre la altura del corte y el diámetro interno de la carcasa. Varía entre 15 y 45% del diámetro interno de la coraza. Se recomienda usar entre 20 y35%.
Figura 16: corte del deflector. Guía de Intercambiadores de tubo y carcasa de
la
Web
del
Profesor
de
la
Universidad
de
los
Andes.
http://www.webdelprofesor.ula.ve (2008). 2.9.3.2 Deflectores segmentados Son los más comunes, consisten en hojas de metal perforadas cuyas alturas son generalmente un 75% del diámetro interno de la carcasa
Figura 17: deflectores segmentados. Guía de Intercambiadores de tubo y
carcasa de la Web del Profesor de la Universidad de los Andes. http://www.webdelprofesor.ula.ve (2008). 2.9.4 Cabezales Corresponden a la parte del intercambiador que permite la distribución del fluido que viaja por los tubos. Existen dos tipos de cabezales: estacionarios o fijos (anteriores) y los posteriores. La facilidad de acceso a los tubos es el factor que gobierna la selección del cabezal fijo, mientras que la necesidad de
limpieza, el estrés térmico, los posibles problemas de empacaduras, el goteo y el costo, son factores que influyen en la selección del cabezal posterior. 2.9.4.1 Cabezales anteriores. Hay dos tipos básicos de cabezales fijos: los tipo canal (channel) y los tipo sombrero (bonnet ). Los cabezales de canal atornillados (TEMA A) consisten en ductos cilíndricos con bridas a ambos extremos, una de ellas es atornillada a una cubierta plana y la otra a la placa de los tubos o a otra brida en el extremo de la carcasa. Este tipo de cabezal se emplea cuando es frecuente la limpieza interna de los tubos. Otro tipo son los de canales soldados (TEMA C y N) que son similares a los atornillados pero sólo un extremo posee bridas, las que son atornilladas a una cubierta plana. El otro extremo está soldado a la placa de los tubos o a la carcasa. Al igual que en el tipo anterior, se tiene acceso in situ a los tubos, pero como el canal y la cubierta de tubos forman una unidad, el haz no puede ser extraído. Los canales soldados son más baratos que los atornillados, ya que sólo poseen una brida en vez de dos, además son seleccionados para servicios con altas presiones y/o fluidos letales, dado que poseen un mínimo de juntas externas
Cabezal
Aplicaciones
A
Es el más común entre los cabezales fijos y se emplea con placa de tubos fija, tubos en U y banco de tubos removible
B
Se emplea con placa de tubos fija, tubos en U, banco de tubos removible y carcaza de tubos removible
C
Se emplea en bancos de tubos removible y en diseños de placa de tubos fijas
D
Se emplea especialmente a altas presiones (presiones de diseño del lado delos tubos > 1.000 psi)
Tabla B: Tipos de cabezales anteriores: resumen de aplicaciones . Guía de
intercambiadores de calor. Dosinda González (2002)
2.9.4.2. Cabezales posteriores Estos cabezales pueden ser de tres tipos principales: fijos, flotantes o tubos en "U. Los cabezales fijos (L, M y N) constituyen un sistema rígido ya que la placa de los tubos está adherida a la carcasa, razón por la cual a los intercambiadores con este tipo de cabezales se les denomina como tipo caja.
Cabezal
Aplicaciones
L
Se emplea en intercambiadores con placa de tubos fija, cuando se requiere de limpieza mecánica en el lado de los tubos.
M
Se emplea en intercambiadores con placa de tubos fija, para servicios a altas presiones.
N
Se emplea en intercambiadores con placa de tubos fija
P
Comúnmente se le denomina cabezal flotante empacado externamente. Permite expansión y se puede diseñar para cualquier número de pasos. Los dos fluidos no se mezclan en caso de presentarse fugas en las empacaduras. Es un diseño muy costoso.
S
Comúnmente se le denomina cabezal flotante de anillo dividido. Tiene a la placa de tubos entre un anillo dividido removible y la cubierta, la cual tiene un diámetro mayor que la coraza. Es el recomendado para bancos de tubos removibles
T
Comúnmente se le denomina cabezal flotante de arrastre. Puede ser removido dela carcaza. Sólo permite un número par de pasos para los tubos
U
Es un diseño muy sencillo que requiere de una placa de tubos sin junta de expansión y es muy fácil de remover. No es posible remover tubos individuales, se requiere un número par de pasos para los tubos y la limpieza de la U es muy difícil. Es el diseño más económico.
W
Comúnmente se le denomina cabezal flotante empacado con anillo de faro. Es posible un arreglo de uno o dos pasos para los tubos. El sistema tubos más deflectores es fácil de remover. Es bastante económico
Tabla C: Tipos de cabezales posteriores: resumen de aplicaciones. Guía de
intercambiadores de calor. Dosinda González (2002)
2.10 Cálculo de la caída de presión en los tubos y en la carcasa La caída de presión en un intercambiador es producto de: - Fricción debido al flujo - Cambios en la dirección del flujo - Expansión y contracción en las entradas y salidas de las boquillas y tubos. Las velocidades másicas altas permiten coeficientes de transferencia mayor y un área menor, pero se requiere una caída de presión mayor. En los intercambiadores de calor de carcasa y tubo, se generan caídas de presión tanto en los tubos, como en la coraza. La caída de presión por los tubos se calcula de acuerdo a la expresión siguiente:
2 L v 2 Pt 2 f v N pt K N f pt D 2 Donde Npt se corresponde con el número de pases de tubo por la carcasa. En el segundo término, K f es el factor de pérdidas para los retornos de flujo por los tubos; este término puede tomarse igual a 4. La caída de presión por la carcasa puede calcularse según: 2
Pc N pc
B 1 Dc f G N D e q
Donde Npc es el número de pases por la carcasa; N B es el número de deflectores; Deq es el diámetro equivalente y G es el flujo másico por unidad de área,
G
m At
El área transversal de flujo puede calcularse mediante las expresiones mostradas a continuación, las cuales dependen del arreglo de tubo, Paso normal Cuadrado
Paso
Invertido
o Cuadrado
Triangular
triangular At
Pt d o B Dc Pt
At
2 Pt do B Dc Pt
At
2 Pt d o B Dc 3 Pt
El número de deflectores se puede estimar cuando se conocen la longitud L del intercambiador así como el espaciado entre deflectores B. Se usa entonces la ecuación siguiente:
NB
L B
1
2.10.1 Cálculo del factor de fricción El factor de fricción de Fanning se puede estimar de forma relativamente rápida mediante la correlación de Churchill,
Dónde: 16 1 A 2,407ln 0,9 7 37530 16 0,27 B D y Re Re
es la rugosidad cuyo valor es de 0,045 mm para tuberías de acero comercial
nuevo. Si se trata de tuberías ligeramente oxidadas o bastante oxidadas, ε es 0,3 y 2 mm, respectivamente. En la figura se encuentra el diagrama de Moody que puede utilizarse para un estimado rápido del factor de fricción, especialmente en régimen turbulento desarrollado para el cual no es preciso conocer el Re ya que f sólo depende de ε .,
Figura 18. Diagrama de Moody. Transferencia de Calor. Yunus Cengel, 2ª
edición (2004).
Diagrama de Moody para el factor de fricción de Darcy. Para obtener el factor de fricción de Fanning, se divide el factor de Darcy entre 4. 2.11. Ventajas y Desventajas. 2.11.1Ventajas: Limpieza con aire comprimido, agua a presión o disolventes no
•
corrosivos. •
Mayor transferencia de calor.
•
Manejan altas Temperaturas, altas Presiones, atmósferas corrosivas.
Buena disposición mecánica, soporta presiones elevadas, sin más que darle espesor a la carcasa o a los tubos Gran variedad de materiales de construcción
2.11.2. Desventajas: •
Elevado factor de ensuciamiento.
•
Limitaciones en cuanto el área de operación ya que son equipos muy grandes.
•
El montaje del haz de tubos no se puede desmontar para su limpieza.
3. Diseño de intercambiadores de calor de doble tubo. Es uno de los diseños más simples de intercambiadores de calor que consiste básicamente de dos tubos concéntricos, dos partes conectoras, un cabezal de retorno y un codo en U. La tubería interior se soporta en la exterior mediante estoperos y el fluido entra al tubo interior a través de una conexión roscada localizada en la parte externa del intercambiador. Las partes tienen boquillas o conexiones roscadas que permiten la entrada y salida del fluido del ánulo que cruza de una sección a otra a través del cabezal de retorno. La tubería interior se conecta mediante una conexión en U que está generalmente expuesta y que no proporciona superficie de transferencia de calor.
1 codo- 2,3,5,6- prensaestopa. 4- cabezal sw retorno, 7 tee. Figura 19: intercambiador de calor de doble tubo. Guía de intercambiadores de
calor. Dosinda González (2002) El intercambiador de doble tubo es extremadamente útil, ya que se puede ensamblar en cualquier taller de plomería a partir de partes estándar, proporcionando superficies de transferencia de calor a bajo costo.
Tabla D: conexiones para intercambiadores de doble tubo. Guía de Intercambiadores de doble tubo de la Web del Profesor de la Universidad de los Andes. http://www.webdelprofesor.ula.ve (2008).
Los intercambiadores de doble tubo generalmente se ensamblan en longitudes efectivas de 12, 15 o 20 pies, la longitud efectiva es la distancia en cada rama sobre la que ocurre transferencia de calor y excluye la prolongación del tubo interior después de la sección de intercambio. Cuando las horquillas se
emplean en longitudes mayores de 20 pies correspondientes a 40 pies lineales efectivos o más de doble tubo, el tubo interior se vence tocando el tubo exterior, por lo que hay una mala distribución del fluido en el ánulo.
3.1 Calculo de un intercambiador de doble tubo. Todas las ecuaciones desarrolladas previamente se combinaran para bosquejar la solución de un intercambiador de doble tubo. Los cálculos consisten simplemente en computar h, y hi, para obtener U,. Permitiendo una razonable resistencia de obstrucción, se calcula un valor de U,a partir del cual se puede encontrar la superficie usando la ecuación de Fourier Q = U,Aat. De ordinario, el primer problema es determinar qué flujo deberá ponerse en el ánulo y cuál en el tubo interior. Esto se expedita estableciendo los tamaños relativos de áreas de flujo para ambas corrientes. Para iguales caídas de presión permisibles, tanto en las corrientes calientes como frías, la decisión depende en el arreglo que produzca la velocidad de masa y caída de presión casi iguales. Para los arreglos estándares de tubos dobles, las áreas de flujo se dan en la Tabla D.
Tabla E: áreas de flujo y diámetro equivalente en intercambiadores de doble tubo. Guía de Intercambiadores de doble tubo de la Web del Profesor de la
Universidad de los Andes. http://www.webdelprofesor.ula.ve (2008). Fluidos que fluyen en el anulo : Se utiliza el Diámetro equivalente cuatro veces mayor que el radio hidráulico. Para la transferencia de calor el perímetro húmedo es la circunferencia exterior del tubo interior con diámetro D1.
En los cálculos de caída de presión la fricción se debe al tubo interior y exterior el perímetro húmedo total es (D 2+D1).
3.2 Arreglos óptimos y accesorios. Supongamos que la caída de presión calculada de 9.2 lb/plg 2 se obtiene contra una caída de presión permitida de 10.0 lb/plg’. Supóngase, sin embargo, que la caída de presión calculada fuera de 15 o 20 lb/plg y excediera la carga disponible. ¿Cómo se podría entonces transferir la carga de calor con la carga de presión disponible? Una posibilidad es usar una derivación de manera que únicamente tres cuartos o dos tercios del fluido fluya a través de los intercambiadores y el resto a través de la derivación. Esto no provee una solución ideal, puesto que el flujo reducido origina algunos cambios desfavorables en el diseño. (1) El flujo reducido a través de los intercambiadores reduce la velocidad de masa G a, y, por lo tanto, el coeficiente de película ho. Puesto que ambos coeficientes son casi iguales, 323 VS. 276, cualquier reducción apreciable de G a, disminuirá Uc por casi G a0,8. (2) Si circula menos líquido a través del ánulo, deberá enfriarse a un rango mayor de 160 a 100°F, de manera que, cuando se mezcle con el fluido que pasa por la derivación resulte una temperatura de salida de 100°F. Como un ejemplo, la porción que circula a través del ánulo debe enfriarse de 160 a 85°F, dependiendo del porcentaje que se pase por la derivación. La temperatura de salida de 85°F es muy cercana a la entrada del tubo interior de 80°F originalmente, y la nueva diferencia de temperaturas en la terminal fría
únicamente de 5”F, disminuyendo en forma notable la MLDT. Los dos efectos,
disminución de Uc, y MLDT aumentan considerablemente el número de horquillas requeridas aun cuando la carga de calor es constante. Cambiando la localización de las corrientes, colocando el benceno en el ánulo, no da una solución a este caso, puesto que el benceno es mayor que el tolueno. La posibilidad de cambiar la localización de las corrientes deberá siempre examinarse en primer lugar cuando las caídas de presión permitidas no se puedan alcanzar. Sin embargo, hay aún una solución posible, aun cuando todas las anteriores hayan fallado. Cuando dos intercambiadores de doble tubo se conectan en serie, el arreglo se muestra en la Fig. 20. Supóngase que la corriente que por ser muy grande no puede acomodarse en varios intercambiadores en serie, se divide por mitad y cada mitad atraviesa un intercambiador a través de los tubos centrales en la Fig. 21. Dividiendo la
corriente por mitad mientras se mantiene constante el área de flujo, produce cerca de un octavo de la caída de presión en serie, puesto que G y L serán la mitad y el producto de G2L será un octavo. Mientras que el coeficiente de película también se reducirá, la diferencia de temperatura desfavorable producida por la derivación puede evitarse. Cuando haya un desbalanceo sustancial entre el peso del flujo de las dos corrientes debido a que una opera en un rango largo y la otra en uno muy corto, la corriente mayor puede ser dividida en tres, cuatro o más corrientes aralelas, En grandes instalaciones cada corriente en paralelo puede también fluir a través de varios intercambiadores en serie por cada banco en paralelo. El término “corrientes paralelas’” no debe confundirse con “flujo paralelo”. El primero se refiere a la
división del flujo de un fluido, mientras que el segundo a la dirección del flujo entre dos fluidos.
Fig(20)
Fig (21)
Figura 20 y 21 . Intercambiadores de doble tubo. Guía de Intercambiadores de Doble tubo. Web del Profesor de la Universidad de los Andes. http://www.webdelprofesor.ula.ve (2008).
Diferencia verdadera de temperatura para los arreglos serie-paralelo: La MLDT calculada de T 1, T2, t1, y t2, para un arreglo en serie, no será la misma que para un arreglo serie-paralelo. La mitad del fluido entra al intercambiador superior número II en la Fig. 6.6, en donde el fluido del ánulo es caliente, y la otra mitad
entra al intercambiador interior 1 en el cual el fluido del ánulo ha sido parcialmente enfriado. Mientras que los intercambiadores en serie no transfieren iguales cantidades de calor, las correlaciones serie-paralelo son aún más adversas, el intercambiador inferior contribuye relativamente menos a la transferencia total de calor. Si la verdadera diferencia de temperatura se llama ,
no será idéntica con MLDT para las condiciones de proceso aun cuando
ambos intercambiadores operen en contracorriente. Este tipo de intercambiadores de calor presenta dos sistemas de arreglo acorde a las conexiones de entrada de los fluidos que circularan en el sistema, estas son en “serie” y en “serie-paralelo”
El arreglo serie-paralelo, se utiliza cuando el caudal de entrada del flujo caliente es muy alto, pudiendo así de esta manera controlar el flujo en el sistema y disminuir las pérdidas de presión.
Figura 22. Arreglo en serie y serie-paralelo Guía de Intercambiadores de Doble tubo.
Web
del
Profesor
de
la
http://www.webdelprofesor.ula.ve (2008).
Universidad
de
los
Andes.
Tabla F Diferencia verdadera de temperatura para los arreglos serie-paralelo. Guía de Intercambiadores de Doble tubo. Web del Profesor de la Universidad de los Andes. http://www.webdelprofesor.ula.ve (2008). 3.3 Tubos y deflectores 3.3.1 Tubos Algunas de las características que deben tener los tubos son:
Dimensiones: las dimensiones características de estos intercambiadores son, para el tubo externo, un diámetro interno de 50 a 400 mm y para el tubo interno, un diámetro externo de 14 a 100 mm. En las Tablas 1 (norma BWG) y 2 (norma ANSI) se presentan los tamaños comerciales de tubos de acero al carbón, los cuales son los más frecuentemente utilizados en intercambiadores.
Longitud: La longitud de una horquilla va de 1,5 a 12 m.
Características y número de tubos: Los tubos internos pueden tener aletas longitudinales o circulares para incrementar la transferencia de calor. El tubo externo puede contener de uno a siete tubos internos.
Velocidad en los tubos: El criterio que puede usarse, a priori, para estimar el diámetro de los tubos es aquel tamaño que permita asegurar una velocidad del orden de 0,5 a 3 m/s para líquidos y del orden de 30 m/s para gases. La ventana de velocidad puede ser más estrecha cuando alguno de los fluidos arrastra sólidos que tienden a depositarse; para evitar esto, debe asegurarse una velocidad relativamente alta en los tubos. Sin embargo, algunos sólidos pueden causar abrasión de la tubería, para lo cual existe un límite máximo de velocidad con el fin de evitar este problema.
Asignación de flujo: Si alguno de los fluidos ensucia, es preferible hacerlo circular por los tubos internos. Si, por otro lado, el coeficiente h de algunos de los fluidos es bajo, se le hace circular entonces por el conducto que produzca la velocidad más alta.
3.3.2 Deflectores Aumentando la turbulencia en el líquido se aumenta el coeficiente de transferencia de calor. Para inducir esta turbulencia fuera de los tubos, es costumbre emplear deflectores que hacen que el líquido fluya a través de la coraza en ángulo recto con el haz de tubos. Estos causan una considerable turbulencia aun cuando por la coraza fluya una cantidad pequeña de líquido. Los deflectores también son utilizados como soporte del haz de tubos a fin de que estos no se pandeen a lo largo del intercambiador. Hay varios tipos de deflectores, los más usados son los deflectores segmentados, los cuales son hojas de metal perforadas cuyas alturas son generalmente 75 % del diámetro interior de la coraza. Estos se conocen como deflectores de 25 % de corte. Otros tipos de deflectores son el disco y corona y el deflector de orificio. Aun cuando algunas veces se emplean otros tipos, no son de importancia general.
Figura
23.
Intercambiador
de
doble
tubo.
María
Isabel
Briceño.
Dimensionamiento de intercambiadores tubulares (2005) 3.4 Calculo de caída de presión en los tubos La caída de presión permitida en un intercambiador es la presión estática del fluido que debe disiparse para mover el fluido a través del intercambiador. La bomba seleccionada para la circulación del fluido en proceso debe desarrollar suficiente carga a la capacidad deseada para vencer las pérdidas de fricción causadas por la tubería de conexión, conexiones, reguladores de control, y la caída de presión en el intercambiador mismo. Esta carga debe añadirse a la presión estática del final de la línea, tal como la elevación o presión del recipiente final que recibe. Cuando se ha designado una caída de presión definida para un intercambiador como parte de un circuito de bombeo, deberá siempre utilizarse tan completamente como sea posible en el intercambiador, ya que de otra forma deberá disiparse mediante un reductor de presión. El mejor uso para la presión disponible es aumentar la velocidad de la masa que también aumenta h i y disminuye el tamaño y costo del aparato. Es costumbre permitir una caída de presión de 5 a 10 Ib/plg 2 para un intercambiador o batería de intercambiadores que desempeñen un mismo servicio en un proceso, excepto donde el flujo es por gravedad. Para cada corriente bombeando 10 lb/plg 2 es estándar. Para flujo por gravedad la caída de presión permitida está determinada por la elevación del tanque de
almacenamiento sobre la salida final z en pie de líquido. Los pies de líquido pueden ser convertidos a libras por pulgada cuadrada multiplicando z por p/144.
3.5. Ventajas y desventajas. 3.5.1 Ventajas Entre las principales ventajas de este tipo de intercambiador de calor tenemos: -
Simplicidad de construcción.
-
Facilidad de Mantenimiento.
-
Flujo verdadero a contracorriente.
-
Posibilidad de uso de tubos aleteados.
-
Aplicaciones de alta presión.
3.5.2 Desventajas Algunas de las desventajas de este tipo de intercambiador de calor tenemos:
-
La principal desventaja en el uso de los intercambiadores de doble tubo es la pequeña superficie de transferencia de calor contenida en una horquilla simple. Cuando se usa con equipo de destilación en un proceso industrial, se requiere gran número de ellos. Esto requiere considerable espacio, y cada intercambiador de doble tubo introduce no menos de 14 puntos en donde pueden ocurrir fugas.
-
El tiempo y gastos requeridos para desmantelarlos y hacerles limpieza periódica son prohibitivos comparados con otros tipos de equipo. Sin embargo, los intercambiadores de doble tubo encuentran su mayor uso en donde la superficie total de transferencia requerida es pequeña, 100 a 200 pie2 o menos.
-
Existen múltiples puntos donde pueden ocurrir fugas.
-
Poca transferencia de calor (escape de calor hacia el ambiente).
3.6 Criterios para la selección del tipo de intercambiador. La selección del equipo es gobernada por factores tales como la facilidad de limpieza del mismo, la disponibilidad de espacios para la expansión entre el haz de tubos y la carcasa, prevención de empacaduras en las juntas internas, y sobre todo la función que va a desempeñar La mejor guía para la selección del tipo de intercambiador de calor a usar, es la experiencia basándose en equipos similares operando en condiciones semejantes. No obstante, si no se posee experiencia previa, deben ser tomados en cuenta los siguientes factores: si la presión de operación está por debajo de 30 bar y la temperatura de operación por debajo de 200 °C, los intercambiadores
de
placas
deben
ser
tomados
en
consideración,
particularmente el de placas empacadas. A altas temperaturas y presiones, la elección debe estar entre uno de tubo y carcasa, de placas no empacadas y de doble tubo. El último es particularmente competitivo para aplicaciones que involucran pequeñas capacidades de transferencia de calor y altas presiones. En la Tabla I.1- 2se muestra un resumen de los diferentes tipos de
intercambiadores de calor tratados en este Tema. En la Tabla I.1- 3y en la Tabla G se comparan los intercambiadores más comunes, mostrando las ventajas y desventajas de cada uno.
Tabla F. Intercambiadores comunes. Guía de Intercambiadores de Doble tubo.
Web
del
Profesor
de
la
Universidad
de
los
Andes.
http://www.webdelprofesor.ula.ve (2008). La selección apropiada depende de varios factores como: Velocidad de transferencia de calor: Es la cantidad más importante en la selección de un intercambiador. Un intercambiador debe ser capaz de transferir el calor con una velocidad específica para lograr el cambio deseado en la temperatura del fluido con el gasto de masa determinado. Costo: Las limitaciones en el presupuesto suelen desempeñar un papel importante en la selección de los intercambiadores, excepto en algunos casos especiales en donde “el dinero no es lo más importante”. Un intercambiador
que existe en catalogo tiene una ventaja definida en el costo sobre los que se
manda a hacer sobre pedido. Sin embargo, en algunos casos ninguno de los intercambiadores en existencia realizara lo que se desea y puede ser necesario tener que emprender la tarea costosa y tardada de diseñar y fabricar un intercambiador a partir de la nada que se adecue a las necesidades. Con frecuencia este es el caso cuando el intercambiador es parte integral de todo un dispositivo que se va a fabricar. Los costos de operación y mantenimiento del intercambiador también son considerados importantes en la valoración del costo total. Potencia para el bombeo: En un intercambiador los dos fluidos suelen forzarse para que fluyan por medio de bombas o ventiladores que consumen energía eléctrica. El costo anual de la electricidad asociada con la operación de las bombas y ventiladores se puede determinar a partir de Costo de operación = (potencia de bombeo, kW) x (horas de operación, h) x (precio de la electricidad, dólares/kWh). En donde la potencia de bombeo es la potencia eléctrica total consumida por los motores de las bombas y los ventiladores. Por ejemplo, un intercambiador que cuenta con una bomba de 1 hp y un ventilador de 1/3 hp (1 hp= 0.746kw) que funciona 8 horas diarias durante 5 días a la semana consumirá 2017 kWh de electricidad por un año, lo cual costara 161,4 dólares si el costo de la electricidad es de 8 centavos de dólar/kWh.
Tamaño y peso: Normalmente, entre más pequeño y más ligero es el intercambiador, mejor es. En especial, este es el caso en la industria automotriz y aeroespacial, en donde los requisitos con respecto al tamaño y al peso son más rigurosos. Asimismo, lo normal es que a un intercambiador más grande se le etiquete con un precio más alto. El espacio del que se dispone para el intercambiador en algunos casos limita la longitud de los tubos que se pueden usar.
Tipos: El tipo de intercambiador de calor que se debe seleccionar depende principalmente del tipo de fluido que interviene, de las limitaciones de tamaño y peso y de la presencia de cualesquiera procesos de cambio de fase. Por ejemplo, un intercambiador resulta adecuado para enfriar un líquido por medio de un gas, si el área superficial del lado del gas es muchas veces la que se tiene del lado del líquido. Por otra parte, un intercambiador de placas o de casco y tubos es muy apropiado para enfriar un líquido por medio de otro líquido. Materiales: Los materiales que se usen en la construcción de intercambiador pueden constituir una consideración importante en la selección de los intercambiadores, por ejemplo, no es necesario considerar los efectos de los esfuerzos térmicos y estructurales a presiones por debajo de 15 atm o temperaturas
inferiores
a
150
ºC.
Pero
estos
efectos
constituyen
consideraciones importantes por arriba de 70 atm y 550 ºC y limitan mucho los materiales aceptables para el intercambiador. Una diferencia de temperatura de 50°C o más entre los tubos y el casco es posible que plantee problemas de expansión térmica diferencial que necesitan considerarse. En el caso de fluidos corrosivos puede ser que tengan que seleccionarse materiales costosos resistentes a la corrosión, como el acero inoxidable o incluso el titanio, si no se desea reemplazar con frecuencia los intercambiadores de bajo costo.
Otras consideraciones: Existen otras consideraciones en la selección de intercambiadores de calor que pueden ser importantes o no, dependiendo de la aplicación. Por ejemplo, ser herméticos es una consideración importante cuando se trata con fluidos tóxicos o costosos. En el proceso de selección algunas otras consideraciones importantes son la facilidad para darles servicio, un bajo costo de mantenimiento y la seguridad y confiabilidad. El silencio es una de las consideraciones importantes en la selección de los intercambiadores de líquido
hacia aire que se usan en las instalaciones de calefacción y acondicionamiento del aire. En el siguiente cuadro resumen, se muestran las aplicaciones comunes de cada tipo de intercambiador, tomando en cuenta dichas consideraciones.
Tipo Tubo y Carcaza
Enfriadores con Aire y Radiadores
Características constructivas Haz de tubos dentro de una carcasa cilíndrica, con presencia de deflectores para generar turbulencia y soportar los tubos. El arreglo de tubos es paralelo aleje longitudinal de la carcasa y puede estar fijo o ser de cabezal flotante. Tubos internos lisos o aleteados. Haces de tubos soportados por una estructura sobre los que sopla aire en forma cruzada. Los tubos pueden ser lisos o poseer aletas
Doble Tubo
Dos tubos concéntricos en forma de "U" u horquilla. El tubo interno puede ser liso o poseer aletas
Láminas empacas:PHE con empacaduras
Serie de láminas corrugadas separadas entre sí por empacaduras.
Láminas empacas: PHE sin empacaduras
Serie de láminas corrugadas separadas entre sí y soladadas en sus bordes.
Aplicaciones Multiuso. Prácticamente se amolda a cualquier servicio, por lo general es el primer intercambiador que se considera en una determinada aplicación
Se emplean mucho cuando el costo del agua es elevado o cuando se requiere de una torre de enfriamiento para el agua. Condensación o enfriamiento de fluidos, sistemas de enfriamiento de vehículos Se utilizan cuando se requieren áreas de transferencia de calor pequeñas (100 a 200 ft2). Son muy útiles en operaciones a altas presiones. Muy utilizado en la industria alimenticia, sobre todo confluidos viscosos. Cuando se requieren condiciones sanitarias extremas. Manejo de fluidos viscosos y sobre todo peligrosos o a altas presiones.
Espiral
Láminas metálicas enrolladas una sobre la otra enforma de espiral
No presentan problemas de expansión diferencial. Muy empleados en servicios criogénicos y cuando se manejan fluidos muy viscosos, lodos o líquidos con sólidos en suspensión (industria del papel)
Láminas soldadas
Paquete de láminas separadas por aletas corrugadas.
Bayoneta Dos tubos concéntricos.
El tubo interno se utiliza parasuplir de fluido al ánulo localizado entre el tuboexterno y el interno.
Enfriadores de película descendente
Consisten en tubos verticales por dentro de los cuales desciende agua en forma de película Serpentines metálicos sumergidos en un recipiente con agua Torres donde se produce el contacto directo entre agua y vapor Se rocía agua sobre una serie de tubos que contienenel fluido de proceso Equipos construidos con grafito
Intercambio gas-gas o gaslíquido. El fluido que va por la parte de las aletas debe ser limpio y poco corrosivo Se emplea, generalmente, cuando hay una diferencia detemperatura entre el fluido de los tubos y el del ánulo,sumamente elevada. Enfriamientos especiales
Enfriadores de serpentín
Condensadores barométricos Enfriadores de cascada
Grafito impermeable
Tabla
G:
Aplicaciones
de
los
Enfriamientos de emergencia
Se emplean cuando no se mezclan el agua y el fluido de proceso a enfriar Para enfriar fluidos de proceso muy corrosivos Se emplean en servicios altamente corrosivos
intercambiadores
comunes.
Guía de
intercambiadores de calor. Dosinda González (2002) 3.7 Evaluación y determinación del comportamiento de los intercambiadores existentes en las industrias Algunas de las aplicaciones más comunes se encuentran en calentamiento, ventilación, sistemas de acondicionamiento de espacios, radiadores en máquinas de combustión interna, calderas, condensadores, y precalentadores o enfriamiento de fluidos.
Carcasa y tubos: Los intercambiadores del tipo de casco y tubos constituyen la parte más importantes de los equipos de transferencia de calor sin combustión en las plantas de procesos químicos. Este tipo de intercambiador es el más usado dentro de la industria petrolera (ver anexos) debido a que proporciona ventajas como: •
Rentabilidad esperada.
•
Grado de contaminación bajo.
•
Riesgo de baja vibración, seguridad operacional.
•
Bajo costo de mantenimiento.
•
Mayor vida de servicio.
En el calentador de doble tubo, se hacen posibles dos configuraciones en cuanto a la dirección del flujo de los fluidos: contraflujo y flujo paralelo. -- En la figura siguiente se muestran esquemas de las dos configuraciones así como la evolución de la temperatura de los fluidos en cada una de ellas
Figura 24. Transferencia de Calor. Yunus Cengel (2004) A nivel industrial, estos intercambiadores son usados generalmente para: •
Trabajar en aplicaciones líquido-líquido y en general para los procesos
donde los intercambiadores de placas no se puedan utilizar. •
Industrias Alimentaría, Química, Petroquímica, Farmacéutica, etc.
También es usado en otras áreas industriales, como lo son: •
Vapor / Agua, para condensar vapor y / o calentar agua.
•
Aceite / Agua, para enfriar aceite en sistemas de lubricación o
hidráulicos y transformadores eléctricos. •
Vapor / Combustóleo, para calentar combustóleo en tanques de
almacenamiento, fosas de recepción y estaciones de bombeo. •
Aire / Agua, para enfriar aire como Post-enfriadores de compresor de
aire (after - coolers). •
Refrigerante / Agua, para condesar refrigerantes.
•
Intercambiadores de calor para procesos químicos y/ o petroquímicos;
fabricados en acero al carbón, acero inoxidable y / o aceros especiales.
Los intercambiadores de calor son ampliamente utilizados en la industria alimentaria, para calentamiento y enfriamiento de productos, en sistemas de esterilización, pasteurización, desactivación enzimática, etc.
EJERCICIOS
10.8. Factor de corrección de un cambiador con uno o varios múltiplos de pasos de tubo.
CONCLUSIONES En el presente trabajo se ha dado una panorámica de los diferentes métodos existentes para el diseño de intercambiadores de calor de tubo y coraza. Se han puntualizado las características de cada método. Para diseñar un intercambiador de calor se deben seguir normas básicas de manera que sea óptimo y pueda ser utilizado para lo que ha sido fabricado sin ningún problema. Según el tipo de intercambiador, de tubo y carcaza o de doble tubo, el arreglo de sus tubos y los accesorios utilizados se podrá realizar una limpieza de estos equipos con mayor facilidad. Los criterios de selección básicamente están orientados a la experiencia, pero se debe tener en cuenta los costos, el tamaño disponible, el peso y los materiales de construcción. Los sistemas de acondicionamiento de espacios, radiadores en máquinas de combustión interna son ejemplos cotidianos que tenemos de intercambiadores de calor. Este tema no debería ser desconocido para ingenieros o trabajadores de campo a nivel industrial, debido a que en estas labores es un diario vivir la transferencia de energía térmica de un fluido a otro. Aprender a seleccionar adecuadamente un intercambiador de calor es un paso importante para aquel que desea trabajar en esta área, por nuestra ignorancia no sabemos las cosas necesarias; por el error las sabemos mal.
GLOSARIO
Carcasa: estructura esteros gralte compuesta por vigas.
Corrosivo: erosión de un material por agentes químicos.
Empacadura: accesorio utilizado para realizar sellados en juntas mecanizadas.
Fluido: sustancia que presenta la propiedad de que una porción de la misma pueda desplazarse respecto a otra.
Factor de ensuciamiento: factor utilizado por las industrias para determinar la tendencia general a ensuciarse del intercambiador
TEMA (Tubular Exchanger Manufacturares Association). Asociación de Fabricantes de Intercambiadores tubulares.
Tubo: pieza cilíndrica y de forma hueca generalmente abierta por ambos extremos
Viscosidad: Propiedad de los fluidos que caracteriza su resistencia a fluir, debida al rozamiento entre sus moléculas.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Dosinda González Mendizabal. Guía de Intercambiadores de calor : Tipos y Aplicaciones (2002). Universidad Simón Bolívar, Miranda, Venezuela.
Yunus A. Cengel. Transferencia de Calor . Segunda Edición (2008). Editorial McGraw-Hill. Traducido de la segunda edición en inglés de la obra: "Heat Transfer, A Practical Approach, Second Edition (2003)". Editado e impreso en México, México DF. Consultado el capítulo 13 referente a Intercambiadores de calor, pag. 667-700.
J.P. Holman. Transferencia de Calor. Segunda Edición (2008). Editorial McGraw-Hill / Interamericana de España, S.A. Traducido de la novena edición en inglés de la obra "Heat Transfer (In SI Units), Ninth Edition". Consultado el capítulo 10 referente a Intercambiadores de calor, pag 518-580.
Carlos Luis Salas Araujo. Guía Digital de Intercambiadores de doble tubo alojada en la Web del Profesor de la Universidad de los Andes (2008). http://www.webdelprofesor.ula.ve. RedULA. Sector La Hechicera, Facultad de Ingeniería, Mérida, Venezuela.
Carlos Luis Salas Araujo. Guía Digital de Intercambiadores de carcasa y tubo alojada en la Web del Profesor de la Universidad de los Andes (2008). http://www.webdelprofesor.ula.ve. RedULA. Sector La Hechicera, Facultad de Ingeniería, Mérida, Venezuela. J.P.Holman, TRANSFERENCIA DE CALOR, Octava edición (primera en español),Traducido por Pablo de Assas Martínez de Morentín, Teresa de J. Leo Mena yIsabel Pérez Grande, Madrid, España, McGRAW-HILL.
Donald Q. Kern, 1999, PROCESS HEAT TRANSFER, primera edición, traducido por: Ing. Nicolás Marino Ambrossi, Colonia San Juan Tlihuaca, México, McGraw Hill Book Company, Inc
Reyes
Maida.
Metodos
de
diseño
de
intercambiadores
http://www.monografias.com/trabajos93/procedimientos-disenointercambiadores-calor-tubo-y-coraza
Gonzalez
Mahuli.
Intercambiadores
de
calor.
http://www.slideshare.net/mahulig/tema-4-intercambiadores-de-calor-mejorado
Moncada Luis. Intercambiadores de Calor. Universidad Nacional de Trujillo (Perú) http://es.scribd.com/doc/111184196/46/Procedimiento-de-diseno
.
ANEXOS
Figura A-1 Intercambiadores de tubo y carcasa. Industrial.
Figura B-1 Intercambiadores de tubo y carcasa. Industrial
Figura B-1 Intercambiadores de calor de doble tubo. Industrial.
Figura B -2 Intercambiadores de calor de doble tubo. Industrial.
