INTERCAMBIADORES DE CALOR

DISEÑO DE EQUIPOS E INSTALACIONES

ÍNDICE

7.- INTERCAMBIADORES DE CALOR..................................................................................................... 7.01

7.0.- OBJETIVO.............................................................................................................................. 7.01

7.1.- INTRODUCCIÓN................................................................................................................... 7.01

7.2.- TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR .................................................................. 7.02

7.2.1.- Intercambiadores de tubería doble ...................................................................... 7.02

7.2.2.- Intercambiadores enfriados por aire .................................................................... 7.03

7.2.3.- Intercambiadores de tipo placa ............................................................................ 7.04

7.2.4.- Intercambiadores de casco y tubo ....................................................................... 7.05

•Intercambiador De Cabezal Flotante Interno (tipo AES) ................................ 7.07

•Intercambiador De Lamina Y Tubo Fijo (tipo BEM) ........................................ 7.07

•Intercambiador De Cabezal Flotante Exterior (tipo AEP) ............................... 7.08

•Intercambiador De Cabezal Y Tubos Integrados (tipo CFU).......................... 7.08

•Rehervidor De Caldera (tipo AKT)................................................................... 7.09

•Condensador De Flujo Dividido (tipo AJW)..................................................... 7.09

7.3.- DISEÑO DE INTERCAMBIADORES ................................................................................................. 7.10

7.3.1.- Balance de energía............................................................................................... 7.11

7.3.2.- Asignación de flujos .............................................................................................. 7.12

7.3.3.- Diagramas térmicos..............................................................................................7.13

7.3.4.- Número de celdas en serie .................................................................................. 7.13

7.3.5.- Diferencia de temperatura media corregida ........................................................ 7.13

7.3.6.- Cálculo del diámetro del tubo, espesor y longitud............................................... 7.14

7.3.7.- Coeficientes de transferencia de calor.................................................................7.14

7.3.8.- Superficie necesaria ............................................................................................. 7.19

7.3.9.- Tamaño del casco .............................................................................................. 7.19

7.3.10.- Perdida de presión en el tubo ............................................................................ 7.21

7.3.11.- Perdida de presión en el casco.......................................................................... 7.22

7.4.- ESTIMACIÓN DE COSTES Y MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN ............................... 7.24

7.4.1.- Materiales de construccíon................................................................................... 7.24

7.4.2.- Estimación de costes............................................................................................ 7.25

7.5.- PROBLEMAS ........................................................................................................................ 7.27

BIBLIOGRAFÍA

[1] PROCESS COMPONENT DESIGN. P. Buthod & all, Capítulo 8 “Heat Exchangers Design”.

Universidad de Tulsa .Oklahoma

[2] CHEMICAL PROCESS EQUIPMENT, SELECTION AND DESIGN Stanley M. Walas. Section 8

“Heat Transfer and Heat Exchangers”. Butterworth-Heinemann

[3] MANUAL DEL INGENIERO QUÍMICO. Perry & Chilton.

Sección 10. “Transferencia de Calor”. Sección 11. “Equipos de Transferencia de Calor”. Mc

Graw Hill

TEMA 7

INTERCAMBIADORES DE

CALOR

DISEÑO DE EQUIPOS E INSTALACIONES

Intercambiadores de Calor 7.1

7.- INTERCAMBIADORES DE CALOR.

7.0.- OBJETIVO.

1.- Describir los tipos básicos de Intercambiadores de Calor,

indicando sus aplicaciones principales y criterios de selección.

2.- Exponer el método de cálculo de un intercambiador de calor,

identificando la superficie de intercambio, dimensiones y

configuraciones de tubos y cascos, y pérdidas de carga.

3.- Introducción a la selección de materiales y costes de un

intercambiador de calor

7.1.- INTRODUCCIÓN.

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.

Las aplicaciones de los intercambiadores de calor son muy variadas y reciben diferentes nombres:

• Intercambiador de Calor: Realiza la función doble de calentar y enfriar dos fluidos.

• Condensador: Condensa un vapor o mezcla de vapores.

• Enfriador: Enfría un fluido por medio de agua.

• Calentador: Aplica calor sensible a un fluido.

• Rehervidor: Conectado a la base de una torre fraccionadora proporciona el calor de reebulición

que se necesita para la destilación. (Los hay de termosifón, de circulación forzada, de caldera,...)

• Vaporizador: Un calentador que vaporiza parte del líquido

DISEÑO DE EQUIPOS E INSTALACIONES

Intercambiadores de Calor 7.2

7.2.- TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR.

En este punto se realiza una descripción de los tipos fundamentales de intercambiadores que son.

• Intercambiadores de tubería doble

• Intercambiadores enfriados por aire

• Intercambiadores de tipo placa

• Intercambiadores de casco y tubo

7.2.1.- Intercambiadores de tubería doble.

Consiste en un tubo pequeño que esta dentro de otro tubo mayor, circulando los fluidos en el interior del

pequeño y entre ambos.

Estos intercambiadores se utilizan cuando los requisitos de área de transferencia son pequeños.

Las curvas características de evolución de temperaturas en intercambiadores son:

DISEÑO DE EQUIPOS E INSTALACIONES

Intercambiadores de Calor 7.3

7.2.2.- Intercambiadores enfriados por aire.

Consisten en una serie de tubos situados en una corriente de aire, que puede ser forzada con ayuda de

un ventilador. Los tubos suelen tener aletas para aumentar el área de transferencia de calor .

Pueden ser de hasta 40 ft (12 m) de largo y anchos de 8 a 16 ft (2,5 a 5 m).

La selección de un intercambiador enfriado por aire frente a uno enfriado por agua es una cuestión

económica, hay que consideran gastos de enfriamiento del agua, potencia de los ventiladores y la

temperatura de salida del fluido (un intercambiador de aire, tiene una diferencia de temperatura de unos

15 ºF (8 ºC)). Con agua se obtienen diferencias menores.

DISEÑO DE EQUIPOS E INSTALACIONES

Intercambiadores de Calor 7.4

7.2.3.- Intercambiadores de tipo placa.

Llamados también intercambiadores compactos. Pueden ser de diferentes tipos:

• Intercambiadores de tipo placa y armazón (plate-and-frame) similares a un filtro prensa.

• Intercambiadores de aleta de placa con soldadura (plate fin).

Admiten una gran variedad de materiales de construcción, tiene una elevada área de intercambio en una

disposición muy compacta. Por la construcción están limitados a presiones pequeñas.

DISEÑO DE EQUIPOS E INSTALACIONES

Intercambiadores de Calor 7.5

7.2.4.- Intercambiadores de casco y tubo.

Son los intercambiadores más ampliamente utilizados en la industria química 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.

Las consideraciones de diseño están estandarizadas por The Tubular Exchanger Manufacturers

Association (TEMA)

DISEÑO DE EQUIPOS E INSTALACIONES

Intercambiadores de Calor 7.6

Un intercambiador de calor de casco y tubo conforme a TEMA se identifica con tres letras, el diámetro en

pulgadas del casco 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 mas complicada de mantener. Los tipos G, H y J se utilizan para reducir las perdidas 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

...