Central térmica

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES.

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE INGENIERIA QUÍMICA

DEPARTAMENTO DE OPERACIONES UNITARIAS.

OPERACIONES UNITARIAS II

DELGADO LINARES GREGORIO

C.I. 13.926.848.

MERIDA, JUNIO DE 2001.

USOS DE LOS INTERCAMBIADORES:

Son 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 más usados actualmente, algunos de los usos que se conocen son los siguientes: (solo se discutirán los casos mas comunes)

INTERCAMBIADORES DE PLACAS

• Para uso industrial desde Farmacéutico, Alimenticio, Químico, Petroquímico, Plantas Eléctricas, Plantas Siderúrgicas, Marino y otros más.

• Torres de Enfriamineto secas.

• Calentadores de Agua y otros fluídos, mediante vapor.

• Enfriadores de Aceite.

• Recuperadores de Calor, particularmente con diferenciales cortos de temperatura.

• Manejo de sustancias corrosivas, medias.

• Enfraidores de agua salada.

• Para cualquier aplicación donde se requieren diferenciales cortos de temperatura.

• Para usos de refrigeración libres de congelación.

INTERCAMBIADORES COMPACTAS DE PLACAS SOLDADAS

• Para uso de Refrigeración: como Evaporadores, Condensadores, Subenfriadores, Desupercalentadores y Evaporadores de Cascada/Condensadores.

• Para Procesos tales como :

o Calentadores mediante vapor

o Condensador de vapor

o Enfriadores de Nitrógeno Líquido

o Enfriadores de Aciete Hidráulico, etc.

I

NTERCAMBIADORES DE DOBLE TUBO:

• Adecuado 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.

INTERCAMBIADORES DE CASCO Y TUBOS

• Vapor / Agua, para condensar vapor y / o calentar agua.

• Aceite / Agua, para enfriar aceite en sistemas de lubricación o hidráulicos y transformadores electricos.

• 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.

• Chilers ( Intercambiadores de calor para enfriar agua con gas refrigerante ) para unidades de agua helada

• Inter - Enfriadores y Post - Enfriadores para compresores Atlas Copco.

• Inter - enfriadores y Post - Enfriadores para compresores Ingellson Rand.

INTERCAMBIADORES DE CASCO Y TUBO DE GRAFITO

• Para Procesos químicos altamente corrosivos ( Manejo de Acidos y bases en bajas concentraciones).

• Diseño, fabricación y reparación.

INTERCAMBIADORES DE CALOR.-

La aplicación de los principios de la transferencia de calor al diseño de un equipo destinado a cubrir un objeto determinado en ingeniería, es de capital importancia, porque al aplicar los principios al diseño, se debe trabajar en la consecución del importante logro que supone el desarrollo de un producto para obtener provecho económico. {1}

El equipo de transferencia de calor se define por las funciones que desempeña en un proceso. Los intercambiadores recuperan calor entre dos corrientes en un proceso. Los calentadores se usan primeramente para calentar fluidos de proceso, y generalmente se usa vapor con este fin. Los enfriadores se emplean para enfriar fluidos en un proceso, el agua es el medio enfriador principal. Los condensadores son enfriadores cuyo propósito principal es eliminar calor latente en lugar de calor sensible. Los hervidores tienen el propósito de suplir los requerimientos de calor en los procesos como calor latente. Los evaporadores se emplean para la concentración de soluciones por evaporación de agua u otro fluido. (Algunos de los equipos antes descritos se muestran en la figuras mostradas a continuación){2}

Condensador Cambiador de Calor

Enfriador Caldera de Recuperación de Calor de tres etapas

En general, un cambiador de calor es un aparato recorrido por dos o más medios, uno de los cuales cede a los demás calor o frío.{3} Si un proceso químico debe desarrollarse de una forma prevista de antemano, será preciso realizarlo a una determinada temperatura. Las reacciones ponen en juego, en general, considerables cantidades de calor. Casi siempre resulta conveniente enfriar los productos de la reacción en un enfriador. El calor así recuperado, puede utilizarse para recalentar otros productos o para precalentar los empleados en el propio proceso. Incluso es obligado a veces proceder a este precalentamiento, a fin de obtener temperaturas bastantes elevadas para que el proceso de fabricación se desenvuelva normalmente. Se ha reconocido que el empleo juicioso de los balances térmicos conduce a resultados interesantes, en lo que respecta a la rentabilidad. Desde este punto de vista, el cambiador de calor aparece como un órgano particularmente importante de las instalaciones químicas. (un ejemplo de un intercambiador se muestra en la siguiente figura)

Calentador de Gas

TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR.-

Los intercambiadores de calor se pueden clasificar en muchas formas diferentes. Una forma consiste en basar la clasificación en las direcciones relativas del flujo de los fluidos calientes y frío, dando lugar a términos como fluidos paralelos, cuando ambos fluidos se mueven en la misma dirección; flujo encontrado, cuando los fluidos se mueven en paralelo pero en sentido opuesto; y flujo cruzado, cuando las direcciones de flujo son mutuamente perpendiculares.

Otra manera de clasificar los intercambiadores de calor, es mediante la estructura y uso de los mismos, como se muestra a continuación:

.- INTERCAMBIADORES DE CORAZA Y TUBO:

Los intercambiadores del tipo de coraza y tubo (como el mostrado en la figura # 3) constituyen la parte más importantes de los equipos de transferencia de calor sin combustión en las plantas de procesos químicos. (aun cuando se está haciendo cada vez mayor hincapié en otros diseños).

FIGURA # 3 Intercambiadores de Casco y Tubo

General, el intercambiador coraza (carcaza) y tubo, consiste en una serie de tubos lineales colocados dentro de un tubo muy grande llamado coraza (como se aprecia en la figura anterior) y representan la alternativa a la necesidad de una gran transferencia de calor. Dentro de este tipo de intercambiadores (de coraza y tubo), dependiendo a su construcción se puede conseguir diferentes tipos como los son:

.- Intercambiador de calor de espejo fijo (ver figura # 4): los intercambiadores de espejo fijo se utilizan con mayor frecuencia que los de cualquier otro tipo y la frecuencia de su utilización se ha incrementado en años recientes. Los espejos se sueldan a la coraza. Por lo común, se extienden más allá de la coraza y sirven como bridas a la que sujetan como pernos los cabezales del lado de los tubos. Esta construcción requiere que los materiales de la coraza y los espejos se puedan soldar entre sí.

FIGURA # 4.

.- Intercambiador de calor de tubo en U (ver figura # 5): el haz de tubos consiste en un espejo estacionario, tubos en U (o de horquilla), deflectores o placas de soporte y espaciadores y tirantes apropiados. El haz de tubos se puede retirar de la coraza del intercambiador de calor. Se proporciona un cabezal del lado del tubo (estacionario) y una coraza con cubierta integrada, que se suelda a la coraza misma. Cada tubo tiene la libertad para dilatarse o contraerse, sin limitaciones debidas a la posición de los otros tubos. (los rehervidores de calderas, los evaporadores, etc., son con frecuencia intercambiadores de tubo en U con secciones ampliadas de la coraza para la separación del vapor y el líquido)

FIGURA # 5

.- El calentador de succión del tanque (ver figura # 6): contiene un haz de tubo en U. Este diseño se utiliza con frecuencia en tanques de almacenamiento al aire libre, para combustóleos pesados, alquitrán, etc., cuya viscosidad se debe reducir para permitir el bombeo adecuado.

FIGURA # 6

.- Intercambiador de anillo de cierre hidráulico (ver figura # 7): esta construcción es la menos costosa de los tipos de tubos rectos y haz desmontable.

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