PROCESOS DE SEPARACIÓN II

INTERCAMBIADORES DE CALOR

Factor de corrección (FT) para la media logarítmica de las diferencias de temperaturas:

Factor de corrección FT para la media logarítmica de las diferencias de temperatura

para intercambiadores de flujo transversal:

Eficiencia o efectividad de un intercambiador de calor, correspondiente a tres

configuraciones de tubo y coraza.

Efectividad de un cambiador de calor en tres configuraciones de flujo cruzado

Arreglo interno de un intercambiador de tubo y coraza

Los cambiadores de calor de tubo y coraza son los más usados en la industria y sus

componentes principales son:

Cabezal de entrada

Envolvente o coraza

Haz de tubos

Cabezal de retorno

Para mejorar la transferencia de calor en el lado externo de los tubos se utilizan deflectores

también llamados mamparas. La longitud de los tubos es de 8, 10, 16, 20 y 24 pies. Los tubos

se acomodan en arreglos triangulares, cuadrados o rectangulares, con distancia entre tubos

de centro a centro (pitch) de 5/8, 1 ¼, 1 ½, de pulgada.

Las boquillas de entrada y salida se escogen de acuerdo al diámetro interno de la coraza.

El diámetro interno de la coraza depende del número de tubos y se escoge mediante tablas,

también depende del número de pasos o del valor que tome Ds de acuerdo al tipo de arreglo.

Arreglo triangular Ds = 1.15 PT √NT Arreglo cuadrangular Ds = 1.25 PT √NT

Di = diámetro interno de los tubos

Do = diámetro externo de los tubos

Dw = (Do – Di) / ln(Do/Di)

hi se calcula por la relación:

(hiDi)/K = 0.023 Re0.8 Pr0.33 (µ/µs)0.14

µs = viscosidad a la temperatura de la pared del tubo

µ = viscosidad a la temperatura media del fluido

hi = para fluidos que circulan en el exterior de los tubos sin cambiar de fase.

(hoDo)/K = 0.36 ((DeGs)/µ)0.55 Pr0.33 (µ/µs)0.14

Gs = M/as

Gs = flujo másico en el exterior de los tubos

as = área de flujo en la coraza

as = (Ds x C x B) / PT

Diámetro equivalente (De) del lado envolvente:

PT = distancia entre los centros de los tubo

Do = diámetro exterior

C = distancia entre tubos

Diámetro equivalente (De) en un arreglo triangular

Las mamparas tienen 3 funciones:

1) Soportar los tubos en la posición apropiada

2) Prevenir la vibración de los tubos causada por remolinos en el flujo

3) Guiar el fluido de la envolvente en forma transversal al haz de tubos, aumentando su

velocidad y el coeficiente de transferencia de calor.

Velocidades comunes en líquidos: 1 – 2 m/s o bien 1000 – 1500 kg/m2s

El fluido de alta presión se coloca por dentro de los tubos, también si es corrosivo o tiene

tendencia a las incrustaciones ya que son más fáciles de limpiar o en su defecto cambiarlos.

Los fluidos de alta viscosidad se colocan del lado de la envolvente.

Las caídas de presión se obtienen con la siguiente ecuación:

Como hay cambios de dirección, se deben tomar en cuenta las caídas de presión adicionales

por retorno, las cuales se calculan con la ecuación:

La caída de presión en el exterior de los tubos se calcula por la ecuación

Las longitudes de los tubos estándar so de 8, 12, y 16 pies, para mejorar la turbulencia se

utilizan mamparas que van espaciadas de 1/5 de diámetro interior de la coraza a 1.

Las mamparas más comunes son las segmentadas y con una altura igual al 75 % de la

coraza.

Bibliografía

Mc.Cabe, J. C. Smith, J. C. y Harriot, P. Operaciones Unitarias en Ingeniería Química. Mc.Graw – Hill.

Geankoplis Christie J. Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias. CECSA. Perry, Robert H. Perry’s Chemical Engineers’ Handbook. McGraw – Hill.

Resumen y adaptación: M.I. Leticia Judith Moreno Mendoza