Intercambiadores De Calor

INTERCAMBIADORES DE CALOR

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

FACULTAD DE CIENCIAS FISICOQUIMICAS

ESCUELA INGENIERIA DE PETROLEOS

BARBOSA

2012

INTERCAMBIADORES DE CALOR

VICTOR HUGO CELY NIÑO

Ingeniero Químico

Termodinámica De Hidrocarburos

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

FACULTAD DE CIENCIAS FISICOQUIMICAS

ESCUELA INGENIERIA DE PETROLEOS

BARBOSA

2012

CONTENIDO

INTRODUCCIÓN 4

1 OBJETIVOS 5

1.1 OBJETIVO GENERAL

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

2 MARCO TEÓRICO 6

2.1 DEFINICIÓN

2.2. TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR SEGÚN SU CONSTRUCCIÓN

2.2.1 Carcasa y tubo

2.2.2 Plato 7

2.3 TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR SEGÚN SU 8 OPERACIÓN

2.3.1 Flujo paralelo 9

2.3.2 Contraflujo

2.3.3 Flujo cruzado 10

2.3.4 Intercambiadores de un solo paso y de múltiples pasos 11

2.3.5 Intercambiadores Regenerativos y No-regenerativos

3 BALANCE DE ENERGIA 12

4 APLICACION DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR 13

4.1 PRECALENTADOR 14

4.2 RADIADOR

4.3 AIRE ACONDICIONADO, EVAPORADOR Y CONDENSADOR 15

4.4 CONDENSADORES DE VAPOR 16

CONCLUSIONES 17

BIBLIOGRAFIA 18

INTRODUCCIÓN

En los sistemas mecánicos, químicos, nucleares y otros, ocurre que el calor debe ser transferido de un lugar a otro, o bien, de un fluido a otro. Los intercambiadores de calor son los dispositivos que permiten realizar dicha tarea. Un entendimiento básico de los componentes mecánicos de los intercambiadores de calor es necesario para comprender cómo estos funcionan y operan para un adecuado desempeño.

La transferencia de calor es necesaria actualmente en los procesos industriales, mediante esta transferencia se consigue ahorro en los costos energéticos y máximo aprovechamiento de la energía ya disponible en el sistema. Los fluidos, por tanto, se calientan o refrigeran para seguir siendo aprovechados dentro del proceso industrial gracias a los intercambiadores.

Un tipo común de intercambiador de calor se da en un recipiente donde se mezclan directamente las corrientes caliente y fría. Un calentador abierto de agua de alimentación es un ejemplo de este tipo de equipos. Otro tipo común de intercambiador es aquel en que un gas o líquido está separado de otro gas o liquido por una pared a través de la cual la energía pasa por la conducción. Estos intercambiadores, conocidos como recuperadores, pueden adoptar muchas formas diferentes. Las configuraciones son la de flujos cruzados, como en los radiadores de automóvil, y la de paso múltiple en condensadores y evaporadores de carcasa y tubo.

1 OBJETIVOS

1.1 OBJETIVO GENERAL

Estudiar el funcionamiento, tipos de intercambiadores de calor y sus aplicaciones en la industria.

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Definir que es un intercambiador de calor.

Analizar los tipos de intercambiadores de calor, y a su vez los pasos para la selección de materiales y costos de éstos.

Conocer las partes de un intercambiador de calor y sus consideraciones de diseño estandarizadas.

2 MARCO TEÓRICO

2.1 DEFINICIÓN

La función de los intercambiadores de calor es la transferencia de calor, donde los fluidos involucrados deben estar a temperaturas diferentes. Se debe tener en mente que el calor sólo se transfiere en una sola dirección, del fluido con mayor temperatura hacia el fluido de menor temperatura.

En los intercambiadores de calor los fluidos utilizados no están en contacto entre ellos, el calor es transferido del fluido con mayor temperatura hacia el de menor temperatura al encontrarse ambos fluidos en contacto térmico con las paredes metálicas que los separan.

Entre las principales razones por las que se utilizan los intercambiadores de calor se encuentran las siguientes:

• Calentar un fluido frío mediante un fluido con mayor temperatura.

• Reducir la temperatura de un fluido mediante un fluido con menor temperatura.

• Llevar al punto de ebullición a un fluido mediante un fluido con mayor temperatura.

• Condensar un fluido en estado gaseoso por medio de un fluido frío.

• Llevar al punto de ebullición a un fluido mientras se condensa un fluido gaseoso con mayor temperatura

2.2. TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR SEGÚN SU CONSTRUCCIÓN

Si bien los intercambiadores de calor se presentan en una inimaginable variedad de formas y tamaños, la construcciónde los intercambiadores está incluida en alguna de las dos siguientes categorías: tubo y carcasa o plato. Como encualquier dispositivo mecánico, cada uno de estos presenta ventajas o desventajas en su aplicación.

2.2.1 Tubo y carcasa

La construcción más básica y común de los intercambiadores de calor es el de tipo tubo y carcasa que se muestra en la Figura.1

Este tipo de intercambiador consiste en un conjunto de tubos en un contenedor llamado carcasa. El flujo de fluido dentro de los tubos se le denomina comúnmente flujo interno y aquel que fluye en el interior del contenedor como fluido de carcasa o fluido externo. En los extremos de los tubos, el fluido interno es separado del fluido externo de la carcasa por las placas del tubo. Los tubos se sujetan o se sueldan a una placa para proporcionar un sello adecuado. En sistemas donde los dos fluidos presentan una gran diferencia entre sus presiones, el líquido con mayor presión se hace circular típicamente a través de los tubos y el líquido con una presión más baja se circula del lado de la cáscara. Esto es debido a los costos en materiales, los tubos del intercambiador de calor se pueden fabricar para soportar presiones más altas que la cáscara del cambiador con un costo mucho más bajo. Las placas de soporte (supportplates) mostradas en Figura.1 también actúan como bafles para dirigir el flujo del líquido dentro de la cáscara hacia adelante y hacia atrás a través de los tubos.

Figura.1: Intercambiador de calor de carcasa y tubos.

2.2.2 Plato

El intercambiador de calor de tipo plato, como se muestra en la Figura.2, consiste de placas en lugar de tubos para separar a los dos fluidos caliente y frío. Los líquidos calientes y fríos se alternan entre cada uno de las placas y los bafles dirigen el flujo del líquido entre las placas. Ya que cada una de las placas tiene un área superficial muy grande, las placas proveen un área extremadamente grande de transferencia térmica a cada uno de los líquidos. Por lo tanto, un intercambiador de placa es capaz de transferir mucho más calor con respecto a un intercambiador de carcasa y tubos con volumen semejante. El intercambiador de calor de plato, debido a la alta eficacia en la transferencia de calor, es mucho más pequeño que el de carcasa y tubos para la misma capacidad de intercambio de calor.

Sin embargo, el tipo de intercambiadores de placa no se utiliza extensamente debido a la inhabilidad de sellar confiablemente las juntas entre cada una de las placas. Debido a este problema, esté tipo intercambiador se ha utilizado solamente para aplicaciones donde la presión es pequeña o no muy alta, por ejemplo en los refrigeradores de aceite para máquinas. Actualmente se cuentan importantes avances que han mejorado el diseño de las juntas y sellos, así como el diseño total del intercambiador de placa, esto ha permitido algunos usos a gran escala de este tipo de intercambiador de calor. Así, es más común que cuando se renuevan viejas instalaciones o se construyen nuevas instalaciones el intercambiador de plato está substituyendo paulatinamente a los intercambiadores de carcasa y tubo.

Figura.2: Intercambiador de calor de tipo plato.

2.3 TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR SEGÚN SU OPERACIÓN

Ya que los intercambiadores de calor se presentan en muchas formas, tamaños, materiales de manufactura y modelos, estos son categorizados de acuerdo con características comunes y una de ellas es la dirección relativa que existe entre los dos flujos de fluido. Las tres categorías son: Flujo

...