Especificaciones De Los Intercambiadores De Calor

INTRODUCCION

En las páginas que se encontraran en este trabajo, dan un vistazo un poco más profundo de lo visto en clase acerca de los intercambiadores de calor, como una fomentación de investigación que nosotros como estudiantes de ingeniería quimica debemos hacer para crecer nuestro conocimiento base proporcionado en la clase por nuestros profesores.

Pues bien; la profundidad de este trabajo se refiere a la variedad de intercambiadores que existen en la actualidad, sus partes que los forman y el objetivo de dichas maquinas en varios usos del común o enfocados a una parte de la industria, que puede ser como uso de la industria que maneja la ingeniería quimica, o tipos de industrias diferentes a esta.

¿QUE ES UN INTERCAMBIADOR DE CALOR?

Según el Cengel define un intercambiador de calor como: Dispositivos donde dos corrientes de fluido en movimiento intercambian calor sin mezclarse […] El calor se transfiere del fluido caliente al frio a través de una pared que los separa [1].

Una definición encontrada dentro de un PDF en internet enuncia que; 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 esta frio y necesita ser calentado [2].

La transferencia de calor se realiza a través de una pared metálica o de un tubo que separa ambos fluidos.

Clasificación de los intercambiadores de calor [3]

Para clasificar a un intercambiador de calor se debe tener en cuenta si los fluidos que se introducen a este; pueden llegar a mezclarse parcialmente o en ningún momento dichos fluidos se mezclan. Estos se clasifican de la siguiente manera:

Intercambiadores de contacto directo

Son aquellos dispositivos en los que los fluidos sufren una mezcla física completa.

Intercambiadores de contacto indirecto

Que se dividen a su vez en:

Alternativos: Ambos fluidos recorren un mismo espacio de forma alternada, la mezcla entre los fluidos es despreciable.

De superficie: Son equipos en los que la transferencia de calor se realiza a través de una superficie, cilíndrica o plana, sin permitir el contacto directo.

Existen dos tipos de intercambiadores de contacto indirecto: los cambiadores de flujo paralelo (intercambio líquido - líquido) y los cambiadores de flujo cruzado (intercambio líquido - gas).

Clases de intercambiadores de Calor

Contacto directo

Intercambiador de tubos flujo en contracorriente

Intercambiador de tubos flujo en paralelo.

Intercambiador de flujo cruzado.

Tipos de intercambiadores de calor

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

Intercambiadores de tubería doble

Sus partes principales son dos juegos de tubos concéntricos, dos tes conectoras, un cabezal de retorno y un codo en U.

Consiste en un tubo pequeño que está dentro de otro tubo mayor, circulando los fluidos en el interior del pequeño y entre ambos. La tubería interior se soporta en la tubería exterior mediante estoperas y el fluido entra en el tubo interior a través de una conexión roscada localizada en la parte externa del intercambiador.

La tubería interior se conecta mediante una conexión en U que está generalmente expuesta y que no proporciona superficie de transferencia de calor.

Estos intercambiadores generalmente se ensamblan en longitudes de 12, 15 o 20 pies; son utilizados comúnmente cuando los requisitos de área de transferencia sean pequeños.

Intercambiadores enfriados por aire

Este tipo de intercambiador consiste en una serie de tubos situados en una corriente de aire, que puede ser forzada con ayuda de un ventilador que impulsa el aire a través de los tubos. Los tubos suelen tener aletas devanadas en espiral para aumentar el área de transferencia de calor. Estas pueden llegar a medir hasta 40 ft (12 m) de largo y anchos de 8 a 16 ft (2,5 a 5 m).

Grandes industrias, llegan al punto de preguntarse si es más viable seleccionar un intercambiador enfriado por aire frente a uno enfriado por agua debido a los costos que traen con ellos estos tipos de intercambiadores como son el enfriamiento del agua, la 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.

Intercambiadores de tipo placa

Llamados también intercambiadores compactos. Admiten una gran variedad de materiales de construcción, tienen una elevada área de intercambio en una posición muy compacta. Por la forma en que son construidos estos tipos de intercambiadores operan a presiones bajas.

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).

Intercambiadores de tipo placa y armazón (plate-and-frame)

Los intercambiadores de placa y armazón consisten en placas estándares, que sirven como superficies de transferencia de calor y un armazón para su apoyo. La caída de presión es baja y resulta imposible que haya fugas de fluidos.

El fluido caliente fluye hacia abajo, entre placas alternadas

y el fluido frío fluye hacia arriba, entre placas alternadas.

Las placas estándares de transferencia de calor (normalmente de acero inoxidable de los tipos 304 y 316, pero también de titanio, níquel, metal monel, Incoloy 825, Hastelloy C, bronce al fósforo y cuproníquel también están disponibles), comprimidas en una pieza simple de material de 1.3 a 6.4 mm (0.05 a 0.125 plg), tiene estrías para recibir empaques de goma (elastómero). El diseño corrugado de las placas les da rigidez, fomenta la turbulencia de los fluidos y asegura la distribución completa del flujo. Los miembros de soporte y armazón existen en acero inoxidable recubierto ó acero dulce esmaltados. Las placas se pueden limpiar y reemplazar con facilidad. El área se ajusta con facilidad mediante la adición ó eliminación de placas.

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

La superficie de transferencia de calor de este tipo de intercambiadores está compuesta de una pila de placas, cada una de las cuales consiste en una aleta corrugada entre laminas metálicas planas, selladas en los dos lados mediante canales o barras, para forma un paso para el flujo de fluido.

Los intercambiadores de aleta y placa de aluminio se emplean en la industria de elaboración, sobre todo en servicios por debajo de –45.6 °C (-50 °F) y en los procesos de separación de gas que funcionan entre 204 y –268 °C (400 y –450 °F).

Intercambiadores de casco y tubo

Los intercambiadores de casco (coraza o carcasa) y tubo, constituyen ampliamente la parte de los equipos de transferencia de calor sin combustión en las plantas de procesos químicos.

En general, este tipo de intercambiador consiste en un haz de tubos pequeños colocados en el interior de una coraza (casco) de mayor diámetro. Donde se hace pasar una corriente de intercambio, que se introduce dentro de la coraza en cuyo interior se hace circular la otra corriente de intercambio.

Dentro de este tipo de intercambiadores, dependiendo de las consideraciones de diseño se pueden conseguir diferentes tipos como los son:

Intercambiador de cabezal flotante interno (Tipo AES)

Muy utilizado en las refinerías petroleras. Es el modelo más común tiene casco de un paso, tubos de doble paso con canal y cubierta desmontable, cabezal flotante con dispositivo de apoyo; además tiene desviadores transversales y placas de apoyo.

Sus características son:

1. Permite la expansión térmica de los tubos respecto al casco

2. Permite el desmontaje

3. Posee en lugar de dos pasos, puede tener 4,6 u 8 pasos.

4. Los desviadores transversales, con el porcentaje de paso y su separación modifican la velocidad en el casco y su pérdida de carga.

5. El flujo es contracorriente y a favor de corriente en la mitad de los tubos.

Intercambiador de lámina y tubo fijo (Tipo BEM)

Utilizados con mayor frecuencia que los de cualquier otro tipo. Se les conoce también como intercambiadores de espejo fijo; su construcción requiere que los materiales de la coraza y los espejos se puedan soldar entre sí. 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.

Sus características son:

1. No tiene apenas diferencia entre ambos extremos, es de un solo paso en tubo y casco, lo que limita la velocidad dentro de los tubos, lo que reduce el coeficiente de transmisión de calor.

2. Tiene junta de expansión en casco.

3. Imposibilidad de apertura para limpieza en lado del casco.

Intercambiador de cabezal flotante exterior (Tipo AEP)

El fluido del lado de la coraza se retiene mediante anillos de empaque, que

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