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TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR

CLASIFICASION DE INTERCAMBIADORES DE CALORPor su operacinPor su construccinFlujo paraleloContra flujoFlujo cruzadoConcntricoTubo y carcazaCompactos

Es el tipo ms sencillo de intercambiador de calor. Est constituido por dos tubos concntricos de dimetros diferentes. Uno de los fluidos fluye por el tubo de menor dimetro y el otro fluido fluye por el espacio anular entre los dos tubos. En este tipo de intercambiador son posibles dos configuraciones en cuanto a la direccin del flujo de los fluidos: contraflujo y flujo paralelo. En la configuracin en flujo paralelo los dos fluidos entran por el mismo extremo y fluyen en el mismo sentido. En la configuracin en contraflujo los fluidos entran por los extremos opuestos y fluyen en sentidos opuestos.

La temperatura de salida del fluido frio nunca puede ser superior a la temperatura de entrada del fluido caliente.

INTERCAMBIADORES CONCENTRICOS( DOBLE TUBO)Intercambiadores de calor segn su construccion INTERCAMBIADORES DE CARCASA Y TUBOEs el tipo ms comn de intercambiador de calor en las aplicaciones industriales por que demanda de manera significativa alta temperatura y presin. Este tipo de intercambiadores estn compuestos por gran cantidad de tubos ( a veces varios cientos ) contenidos en un casco. Los tubos se disponen con sus ejes paralelos al eje del casco. La transferencia de calor tiene lugar a medida que uno de los fluidos se mueve por el interior de los tubos mientras que el otro se mueve por fuera de stos, por el casco.

Calentador de fuel oilIntercambiador de calor de tubo y coraza con un paso coraza y tubos

Intercambiadores de calor segn su construccin INTERCAMBIADORES DE CARCASA Y TUBO

Este tipo de intercambiador consiste en un conjunto de tubos en un contenedor llamado carcaza. El ujo de uido dentro de los tubos se le denomina comnmente ujo interno y aquel que uye en el interior del contenedor como uido de carcaza o uido externo. En los extremos de los tubos, el uido interno es separado del uido externo de la carcaza por la(s) placa(s) del tubo. Los tubos se sujetan o se sueldan a una placa para proporcionan un sello adecuado. En sistemas donde los dos uidos presentan una gran diferencia entre sus presiones, el lquido con mayor presin se hace circular tpicamente a travs de los tubos y el lquido con una presin ms baja se circula del lado de la cscara. Esto es debido a los costos en materiales, los tubos del intercambiador de calor se pueden fabricar para soportar presiones ms altas que la cscara del cambiador con un costo mucho ms bajo. INTERCAMBIADORES DE CARCASA Y TUBO

INTERCAMBIADORES COMPACTOSSon intercambiadores diseados para lograr una gran rea superficial de transferencia de calor por unidad de volumen. Ejemplos de intercambiadores de calor compactos son los radiadores de automviles y el pulmn humano.

En los intercambiadores compactos los dos fluidos suelen moverse en direcciones ortogonales entre s. Esta configuracin de flujo recibe el nombre de flujo cruzado. Este a su vez se clasifica en mezclado ( uno de los fluidos fluye libremente en direccin ortogonal al otro sin restricciones ) y no mezclado ( se disponen una placas para guiar el flujo de uno de los fluidos ).

Intercambiadores de calor segn su construccin El intercambiador de calor de tipo plato, consiste de placas en lugar de tubos para separar a los dos uidos caliente y fro Los lquidos calientes y fros se alternan entre cada uno de las placas y los baes dirigen el ujo del lquido entre las placas. Ya que cada una de las placas tiene un rea supercial muy grande, las placas proveen un rea extremadamente grande de transferencia de trmica a cada uno de los lquidos .Por lo tanto, un intercambiador de placa es capaz de transferir mucho ms calor con respecto a un intercambiador de carcaza y tubos con volumen semejante, esto es debido a que las placas proporcionan una mayor rea que la de los tubos. El intercambiador de calor de plato, debido a la alta ecacia en la transferencia de calor, es mucho ms pequeo que el de carcaza y tubos para la misma capacidad de intercambio de calor.INTERCAMBIADORES DE PLACAS O PLATO

Intercambiadores de calor segn su construccin Intercambiadores de calor segn su operacin FLUJO PARALELO.

Existe un flujo paralelo cuando el flujo interno o de los tubos y el flujo externo o de la carcasa ambos fluyen en la misma direccin. En este caso, los dos fluidos entran al intercambiador por el mismo extremo y estos presentan una diferencia de temperatura significativa. Como el calor se transfiere del fluido con mayor temperatura hacia el fluido de menor temperatura, la temperatura de los fluidos se aproximan la una a la otra, es decir tratan de alcanzar el equilibrio trmico entre ellos.

8CONTRAFLUJO

Se presenta un contraflujo cuando los dos fluidos fluyen en la misma direccin pero en sentido opuesto. Cada uno de los fluidos entra al intercambiador por diferentes extremos. Ya que el fluido con menor temperatura sale en contraflujo del intercambiador de calor en el extremo donde entra el fluido con mayor temperatura, la temperatura del fluido ms fro se aproximar a al temperatura del fluido de entrada. Este tipo de intercambiador resulta ser ms eficiente que los otros tipos mencionados anteriormente.

Intercambiadores de calor segn su operacin

9FLUJO CRUZADOEn la figura se muestra como en el intercambiador de calor de flujo cruzado uno de los fluidos pasa a travs de tubos mientras que el otro pasa alrededor de dichos tubos formando un ngulo de 90. Los intercambiadores de flujo cruzado son comnmente usado donde uno de los fluidos presenta cambio de fase y por tanto se tiene un fluido pasado por el intercambiador en dos faces bifsico

Un ejemplo son los sistemas de condensacin de vapor, donde el vapor exhausto que sale de una turbina entra como flujo externo a la carcasa del condensador y el agua fra que fluye por los tubos absorbe el calor del vapor y ste se condensa y forma agua lquida. Se pueden condensar grandes volmenes de vapor de agua al utiliza este tipo de intercambiador de calor.

Intercambiadores de calor segn su operacin Intercambiadores Regenerativos y No-regenerativosLos intercambiadores de calor tambin pueden ser clasicados por su funcin en un sistema particular. Una clasicacin comn es:Intercambiador regenerativo.Intercambiador no-regenerativo.Un intercambiador regenerativo es aquel donde se utiliza el mismo fluido. Esto es, el uido caliente abandona el sistema cediendo su calor a un regenerador y posteriormente regresando al sistema. Los intercambiadores regenrativos son comnmente utilizados en sistemas con temperaturas altas donde una porcin del uido del sistema se remueve del proceso principal y ste es posteriormente integrado al sistema. Ya que el uido que es removido del proceso principal contiene energa , el calor del uido que abandona el sistema se usa para recalentar el uido de regreso en lugar de expeler calor hacia un medio externo ms fro lo que mejora la ecacia del intercambiador. Es importante recordar que el trmino "regerativo/no-regenerativo" slo se reere a "cmo" funciona el intercambiador de calor en un sistema y no indica el tipo de intercambiador (carcaza y tubo, plato, ujo paralelo, contraujo).En un intercambiador regenerativo, como se muestra en la gura, el fluido con mayor temperatura en enfriadopor un uido de un sistema separado y la energa (calor) removida y no es regresaba al sistema.

NormatividadLa norma ms ampliamente utilizada para el diseo, fabricacin y seleccin de materiales de un intercambiador de calor de tubo y coraza es la Standard of Tubular Exchanger Manufacturers Association, TEMA [1]. sta norma clasifica a los intercambiadores de calor de tubo y coraza en tres clases, de acuerdo al proceso y a las condiciones de operacin. Las cuales se mencionan a continuacin:

Clase R: Incluye los intercambiadores de calor que se utilizan en la industria del petrleo y en procesos similares.Clase C: Abarca a los intercambiadores de calor en procesos moderados tales como: comerciales y generales. Clase B: Incluye los intercambiadores de calor que se utilizan en procesos qumicos.

La Figura muestra las diferentes configuraciones de un intercambiador de calor de tubo y coraza, la cual se divide en tres columnas: la primera columna define el cabezal de entrada con las letras A, B, C, N, y D; la segunda columna muestra la coraza con las letras E, F, G, H, J, K y X; y la tercera columna ilustra el cabezal de salida con las letras L, M, N, P, S, T, U y W. Por ejemplo, la configuracin BEM nos indica que el cabezal de entrada es del tipo bonete con espejo fijo, con una coraza de un solo paso y un cabezal de salida del tipo bonete.

El cdigo American Society of Mechanical Engineers ASME [2], especifica los materiales y normas para la construccin de recipientes a presin, en donde, el intercambiador de calor de tubo y coraza es considerado como un recipiente bajo presin interna. Del cdigo ASME seccin VIII divisin 1, se observa las siguientes recomendaciones para la fabricacin de algunos componentes del intercambiador de calor de tubo y coraza:Para el espesor de los espejos, coraza, cabezal, bridas, etc., se debe que considerar el espesor del recubrimiento.Especfica diferentes espesores, factores de empaque y esfuerzos permitidos de los diferentes materiales de los empaques tales como; asbestos, fibras de asbesto o vegetales, cobre, cromo, nquel, etc. Los cuales dependen del fluido de los tubos y de la coraza, al igual que de la temperatura y de la presin de operacin del equipo.En la seccin II parte D, se proporcionan los valores de las principales propiedades de metales ferrosos y no ferrosos para los diferentes componentes de un intercambiador de calor, tales propiedades son: esfuerzos permitidos, coeficientes de expansin trmica, coeficiente de conductividad trmica.La norma American National Standard Institute ANSI B16.21 [3], recomienda las dimensiones para los diferentes tipos de empaques planos no metlicos utilizados para las diferentes clases de bridas atornilladas, tales dimensiones son el dimetro interior y exterior del empaque, nmero y dimetro de los barrenos.