INTERCAMBIADOR DE CALOR

INTERCAMBIADOR DE CALORD. Yez A.-H Lpez.-M. Aguilar.-P. Contreras

IntroduccinEl papel de los intercambiadores de calor ha adquirido una gran importancia ante la necesidad de ahorrar energa y disponer de equipos ptimos no slo en funcin de su anlisis trmico y del rendimiento econmico de la instalacin, sino tambin en funcin de otros factores como el aprovechamiento energtico del sistema y la disponibilidad y cantidad de energa y de materias primas necesarias para cumplir una determinada funcin.

Como definimos TRANSFERENCIA DE CALOR?La transferencia de calor es el paso de energa trmica desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura.

TIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALORCONDUCCION: Es la transferencia de calor que se produce a travs de un medio estacionario -que puede ser un slido- cuando existe una diferencia de temperatura.( Consiste en la transferencia de calor entre dos puntos de un cuerpo que se encuentran a diferente temperatura sin que se produzca transferencia de materia entre ellos.)

TIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALORCONVECCION: En este sistema de transferencia de calor interviene un fluido (gas o lquido) en movimiento que transporta la energa trmica entre dos zonas.

TIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALORRADIACION: el calor emitido por un cuerpo debido a su temperatura, en este caso no existe contacto entre los cuerpos, ni fluidos intermedios que transporten el calor. Simplemente por existir un cuerpo A (slido o lquido) a una temperatura mayor que un cuerpo B existir una transferencia de calor por radiacin de A a B.

QUE ES UN INTERCAMBIADOR DE CALOR?Un intercambiador de calor es un dispositivo diseado para transferir calor entre dos medios, que estn separados por una barrera o que se encuentren en contacto. Son parte esencial de los dispositivos de calefaccin, refrigeracin, acondicionamiento de aire, produccin de energa y procesamiento qumico.

QUE ES UN INTERCAMBIADOR DE CALOR?El intercambiador de calor es un dispositivo utilizado para transferir calor de un material a otro.

El propsito fundamental del intercambiador de calor es aprovechar la Energa Trmica disponible.

El intercambiador de calor carcaza y tubos es el tipo mas comn de intercambiador de calor industrial.

TIPOS DE INTERCAMBIADORES (mas comunes)Dada la multitud de aplicaciones de estos dispositivos, se puede realizar una clasificacin dependiendo de su construccin. Para la eleccin del mismo se consideran aspectos como tipo de fluido, densidad, viscosidad, contenido en slidos, lmite de temperaturas, conductividad trmica, etc.

TIPOS DE INTERCAMBIADORES (mas comunes)

Serpentines Sumergidos

Se denominaserpentnoserpentinaa un tubo de forma frecuentementeespiral, utilizado comnmente para enfriarvaporesprovenientes de ladestilacinen un caldern y ascondensarlosen formalquida. Suele ser devidrio,cobreu otro material que conduzca el calor fcilmente.

Serpentines Sumergidos

Intercambiador de doble Tubo

Estn constituidos por uno o ms tubos en forma de U, encerrados dentro de otro tubo que hace papel de carcaza.Las secciones de doble tubo permiten un flujo en Contracorriente y co-corriente. Soportan hasta Presiones de 16500 kPa en el lado de la carcasa y 103400 kPa en tubos. Estos intercambiadores se justifican econmicamente si el rea requerida es menor de 30 m2.Ventajas. Manejan altas presiones.Disponibles en muchos tamaos.

Desventajas.Grandes, pesados.Altos costosSerpentn para deposito de aceite

Intercambiador de doble Tubo

Intercambiador de doble tubo

INTERCAMBIADORES DE CARCAZA Y TUBOEs el ms utilizado en las refineras y plantas qumicas en general debido a que:Proporciona flujos de calor elevados en relacin con su peso y volumen. Es relativamente fcil de construir en una gran variedad de tamaos. Es bastante fcil de limpiar y de reparar. Es verstil y puede ser diseado para cumplir prcticamente con cualquier aplicacin.Haz de tubos dentro de una carcaza cilndrica, con presencia de deflectores para generar turbulencia y soportar los tubos. El arreglo de tubos es paralelo al eje longitudinal de la carcaza y puede estar fijo o ser de cabezal flotante. Tubos internos lisos o aleteados. INTERCAMBIADORES DE CARCASA Y TUBO

INTERCAMBIADORES DE CARCASA Y TUBO

INTERCAMBIADORES DE CARCAZA Y TUBO

Carcaza cilndricaDeflectores transversales(baffles)Boquilla de la carcazaBoquilla de la carcazaBoquilla para los tubosTubosPlaca de tubos flotanteBoquilla para los tubosDivisor de paso o baffles longitudinalCabezal flotante CLASIFICACIN DE INTERCAMBIADORES DE CARCAZA Y TUBOSe diseanTEMA: Tubular Exchanger Manufacturers AssociationClase RClase CClase B

Petrleo y aplicaciones relacionadasProcesos qumicosPropsitos generalesSegn estndares publicados por Asociacin de Fabricantes de intercambiadores tubularesIntercambiadores de carcaza y tubo APLICABLE :Dimetro interno de la carcaza (DIC) 1,524 mm (60 in)Presin 207 bar (3000Psi)DIC*Presin 105000 mm bar (60000 in psi) CLASIFICACIN DE INTERCAMBIADORES DE CARCAZA Y TUBODesignacin de intercambiadores

Cabezal anteriorCabezal posteriorTipo de carcaza CLASIFICACIN DE INTERCAMBIADORES DE CARCAZA Y TUBOTienen las dos placas de tubos soldadas a la carcazaDe Cabezal flotante:De cabezal fijo:Tubos en forma de U:Tienen solo una placa donde se insertan los tubos en forma de UTiene una sola placa de tubos sujeta a la carcazaSegn su construccinmecnica CLASIFICACIN DE INTERCAMBIADORES DE CARCAZA Y TUBO

De cabezal flotante

Tubos en forma de U

De Cabezal fijoTipo BEMTipo CFUTipo AESELEMENTOS DEL INTERCAMBIADORES DE CARCAZA Y TUBOTUBOSProporcionan la superficie de transferencia de calor entre un fluido que fluye dentro de ellos y otro que fluye sobre su superficie externa Se encuentran disponibles en varios metales como: acero de bajo carbono, cobre, aluminio, 70-30 cobre-nquel, acero inoxidable

Arreglo triangularArreglo triangular rotado El fluido de la carcasa debe ser limpio El arreglo triangular rotado raramente se usa por las altas cadas de presin que generanELEMENTOS DEL INTERCAMBIADORES DE CARCAZA Y TUBOArreglo cuadrado Arreglo cuadrado rotado El fluido de la carcaza debe ser sucio Se prefiere cuando la limpieza mecnica es critica

Espaciado de tubos (Pitch)

1.25*Dimetro externo del tubo En las refineras se prefieren tubos de 20 pie de longitud Los haces no removibles usan siempre arreglos triangulares (30) Cuanto ms largo es un intercambiador, menos tubos contiene, menor es el dimetro de la carcaza, su diseo es ms simple y menor es su costo.

SELECCIN DEL ANGULO DEL PITCHELEMENTOS DEL INTERCAMBIADORES DE CARCAZA Y TUBOSoportar el haz de tubos.Restringir la vibracin de los tubos debido a los choques con el fluido.Canalizar el flujo de fluidos por la carcasa originando turbulencia para lograr mayores efectos de trasferencia de calor.DEFLECTORES

ELEMENTOS DEL INTERCAMBIADORES DE CARCAZA Y TUBODistancia centro a centro entre deflectores adyacentesB1/5 DC < B > DCDoble Segmentado Tipos de deflectoresSegmentado Para deflectores segmentados el corte est entre 15-40% El mejor resultado se obtiene con 25% de corte.La altura de la ventana expresada como un porcentaje del dimetro de la carcasa, se denomina CORTE DEL DEFLECTOR. ELEMENTOS DEL INTERCAMBIADORES DE CARCAZA Y TUBOTIPO DE CARCAZAUn paso por la carcasaDos paso por la carcasa con bafle longitudinalTipo ETipo FLUGAR DE CIRCULACIN DE LOS FLUIDOS Cuando se opera con un fluido muy corrosivo, debe hacerse circular por el interior de los tubos para evitar la corrosin de todo el intercambiadorPara los fluidos con un alto factor de ensuciamiento, es conveniente hacerlo circular por los tubos donde se puede mantener un mejor control de la velocidad que puede reducir este efecto.En servicios de alta temperatura se fabrican los tubos de aleaciones convenientes que reduzcan la expansion termica y se hace circular el fluido caliente por el interior de ellos.

Los fluidos con mayor presin deben generalmente colocarse por los tubos.Los fluidos muy viscosos deben colocarse fuera de los tubos para obtener altos coeficientes de transferencia de calor, por crearse alli mayor turbulencia.El fluido de menor flujo masico se coloca fuera de los tubos, ya que all se somete a mayor turbulencia, mejorandose el coeficiente de transferencia de calor.LUGAR DE CIRCULACIN DE LOS FLUIDOSENFRIADORES EN CASCADALos enfriadores en cascada consisten en una serie de tubos montados horizontalmente, uno sobre otros. Se denominan a veces enfriadores de trombn, enfriadores de goteo o de serpentn. El agua de enfriamiento de un depsito de distribucin se desliza sobre cada tubo y, a continuacin, va a un dren. El fluido caliente circula generalmente en flujo a contracorriente, del fondo a la parte superior del grupo de tubos. Existen enfriadores en cascada de vidrio, grafito impermeable, hierro colado y otros materiales. ENFRIADORES EN CASCADA

Intercambiador de PlacasLos intercambiadores de calor a placas consisten en delgadas planchas corrugadas, empaquetadas o bien soldadas con Cobre. Las placas son apretadas unas contra otras formando el paquete de placas dentro de un bastidor, en el que el flujo de producto se encuentra en canales alternos y el servicio entre los canales del producto.Los intercambiadores de calor de placas son ideales para aplicaciones en las que los fluidos tienen una viscosidad relativamente baja y no contienen partculas. Adems son una eleccin ideal donde existe un pequeo salto trmico entre la temperatura de salida del producto y la temperatura de entrada del servicio.

Intercambiador de Placas

Intercambiadores de tipo compactosSon intercambiadores diseados para lograr una gran rea superficial de transferencia de calor por unidad de volumen. La razn entre el rea superficial de transferencia de calor y su volumen es la densidad de rea.

Unos ejemplos de intercambiadores de calor compactos son los radiadores de automviles, los intercambiadores de calor de cermica de vidrio de las turbinas de gas y el pulmn humano.

Intercambiadores de tipo compactos

USOS DE LOS INTERCAMBIADORESSon diversos los usos que se le pueden acreditar a cada uno de los tipos de intercambiadores existentes, pero en general, los intercambiadores son usados para recuperar calor entre dos corrientes en un proceso. Por ejemplo para algunos de los intercambiadores ms usados actualmente, algunos de los usos que se conocen son los siguientes: USOS DE LOS INTERCAMBIADORESIndustria alimentaria: enfriamiento, termizacin y pasteurizacin de leche, zumos, bebidas carbonatadas, salsas, vinagres, vino, jarabe de azcar, aceite, etc. Industria qumica y petroqumica: produccin de combustibles, etanol, biodisel, disolventes, pinturas, pasta de papel, aceites industriales, plantas de cogeneracin, etc. Industria del Aire acondicionado: cualquier proceso que implique enfriamiento o calentamiento de los gases. Calefaccin y Energa Solar: produccin de agua caliente sanitaria, calentamiento de piscinas, produccin de agua caliente mediante paneles solares, etc. Industria marina: enfriamiento de motores y lubricantes mediante el empleo del agua del mar.

ConclusinEn un intercambiador de calor se debe realizar paulatinamente un mantenimiento ya que esto puede ocasionar problemas para su funcionamiento. Al conocer los tipos de intercambiadores de calor podemos seleccionar el intercambiador apropiado, este depende de su aplicacin en la industria y por su economa para su elaboracin.La utilizacin de los intercambiadores de calor en la industria se puede ahorrar energa lo cual implica costos y mantener las propiedades de tratamiento de los fluidos los mismos que coadyuvan el optimo desempeo de las maquinas y equipos.Existen diferentes tipos de intercambiadores (flujo y por construccin), aplicados en instalaciones industriales, instalaciones navales, instalaciones de climatizacin civil que nos han a ayudado para los ahorros de costos energticos.