INTERCAMBIADORES DE CALOR 7° I.Q.

5/11/2018 INTERCAMBIADORES DE CALOR 7° I.Q. - slidepdf.com

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INDICE

INTRODUCCION……………………………………………………………………..3

RESUMEN……………………………………………………………………………...3

¡QUE ES UN INTERCAMBIADOR DE CALOR?.....................................................4

Usos de los intercambiadores de calor ………………………………….............4 Intercambiadores de placas………………………………………………………4

Intercambiadores compactas de placas soldadas………………………………...5 Intercambiadores de doble tubo……………………………………………….....5 Intercambiadores de casco y tubo……………………………………………......5

Intercambiadores de casco y tubos de grafito……………………………………5

INTERCAMBIADORES DE CALOR……………………………………………….6

PARTES DE UN INTERCAMBIADOR……………………………………………...8

TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR…………………………………..9

Intercambiadores de coraza y tubo………………………………………………9 Intercambiadores de doble tubo……………………………………………….. .12

Intercambiadores del tipo de placa………………………………………….….13 Intercambiadores del bloqueo de grafito…………………………………….....14 Enfriadores de cascada ……………………………………………………….. .15 Enfriadores atmosféricos…………………………………………………….....15 Intercambiadores tubular tipo bayoneta…………………………………….….16

Intercambiadores de tubo tipo espiral………………………………………......16 Intercambiadores de tubo en espiral para servicio criogénico………………….16

Intercambiadores de película descendente…………………………………......16 Intercambiadores de superficie escariada………………………………………16 Intercambiadores de calor enfriados por aire…………………………………...17

EVAPORADORES………………………………………………………………........17INTERCAMBIADORES DE CALOR PARA SOLIDOS……………………….....19

Equipos para solidificación ……………………………………………………19

Equipos para fusión de sólidos…………………………………………………19 Equipos de transferencia de calor para sólidos laminados…………………......19 Equipos de transferencia de calor para sólidos divididos………………………20



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PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS (VARIABLES) DE DISEÑO…………….20

PRINCIPALES ACCESORIOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR.…….24

MATERIAL DE CONSTRUCCION……………………………………………..….24

CONDICIONES DE CONTROL…………………………………………………….26

GLOSARIO……………………………………………………………………………27

BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………………. 28



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INTRODUCCIÓN

En los sistemas mecánicos, químicos, nucleares y otros, ocurre que el calor debe sertransferido de un lugar a otro, o bien, de un fluido a otro. La transferencia de calor entre dosfluidos casi siempre se lleva a cabo en intercambiadores de calor. El tipo más común es uno

en el cual el fluido caliente y el frío no entran en contacto directo el uno con el otro, sinoque están separados por una pared de tubos o una superficie plana o curva. La transferenciade calor se efectúa por convección desde el fluido caliente a la pared o la superficie de lostubos, a través de la pared de tubos o placa por conducción, y luego por convección alfluido frío.

RESUMEN

El objetivo de esta sección es presentar los intercambiadores de calor como dispositivosque permiten remover calor de un punto a otro de manera específica en una determinada

aplicación. Se presentan los tipos de intercambiadores de calor en función del flujo: flujo paralelo; contraflujo; flujo cruzado. Además se analizan los tipos de intercambiadores decalor con base en su construcción: tubo y carcaza; placas, y se comparan estos. Sepresentan también los intercambiadores de paso simple, de múltiples pasos, intercambiadorde calor regenerador e intercambiador de calor no regenerativo. Al final se incluyen algunas

de las posibles aplicaciones de los intercambiadores de calor. Como hemos mencionado, unintercambiador de calor es un componente que permite la transferencia de calor de un fluido

(líquido o gas) a otro fluido. Entre las principales razones por las que se utilizan losintercambiadores 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 temperatur a.• 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.

Debe quedar claro que la función de los intercambiadores de calor es la transferencia decalor, 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 mayortemperatura hacia el fluido de menor temperatura. En los intercambiadores de calor losfluidos 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 contactotérmico con las paredes metálicas que los separan.



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¿QUÉ ES UN INTERCAMBIADOR DE CALOR?

Un Intercambiador de Calor es un equipo utilizado para enfriar un fluido que está máscaliente de lo deseado, transfiriendo esta calor a otro fluido que está frío y necesita sercalentado. 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 diferentesnombres:

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, decirculación forzada, de caldera,...)

Vaporizador: Un calentador que vaporiza parte del líquido

USOS DE LOS INTERCAMBIADORES

Son diversos los usos que se le pueden acreditar a cada uno de los tipos deintercambiadores existentes, pero en general, los intercambiadores son usados pararecuperar calor entre dos corrientes en un proceso. Por ejemplo para algunos de losintercambiadores más usados actualmente, algunos de los usos que se conocen son lossiguientes: (solo se discutirán los casos más comunes)

INTERCAMBIADORES DE PLACAS

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

Torres de Enfriamiento secas. Calentadores de Agua y otros fluidos, mediante vapor. Enfriadores de Aceite. Recuperadores de Calor, particularmente con diferenciales cortos de temperatura.

Manejo de sustancias corrosivas, medias. Enfriadores de agua salada.

Para cualquier aplicación donde se requieren diferenciales cortos de temperatura. Para usos de refrigeración libres de congelación.



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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 vaporo Condensador de vaporo Enfriadores de Nitrógeno Líquidoo Enfriadores de Aceite Hidráulico, etc.

INTERCAMBIADORES DE DOBLE TUBO

Adecuado para trabajar en aplicaciones líquido-líquido y en general para losprocesos 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 eléctricos. 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 Ácidos y Bases en bajasconcentraciones).

Diseño, fabricación y reparación.

http://www.equirepsa.com/placas.htm






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INTERCAMBIADORES DE CALOR

La aplicación de los principios de la transferencia de calor al diseño de unequipo 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 importantelogro que supone el desarrollo de un producto para obtener provecho económico. {1}

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

Cambiador de CalorCondensador



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Enfriador Caldera de Recuperación de Calord de tres etapas

En general, un cambiador de calor es un aparato recorrido por dos o másmedios, uno de los cuales cede a los demás calor o frío.{3} Si un proceso químico debedesarrollarse de una forma prevista de antemano, será preciso realizarlo a una determinadatemperatura. 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 paraprecalentar los empleados en el propio proceso. Incluso es obligado a veces proceder a esteprecalentamiento, a fin de obtener temperaturas bastantes elevadas para que el proceso defabricación se desenvuelva normalmente. Se ha reconocido que el empleo juicioso de losbalances 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



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importante de las instalaciones químicas. (un ejemplo de un intercambiador se muestra enla siguiente figura)

Calentador de Gas

PARTES DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR

Listado de partes que componen un intercambiador de calor de las siguientes imágenes



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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 losfluidos 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 muevenen paralelo pero en sentido opuesto; y flujo cruzado, cuando las direcciones de flujo sonmutuamente perpendiculares.

Otra manera de clasificar los intercambiadores de calor, es mediante laestructura 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 sincombustión en las plantas de procesos químicos. (aun cuando se está haciendo cada vezmayor hincapié en otros diseños).

FIGURA # 3 Intercambiadores de Casco y Tubo

General, el intercambiador coraza (carcaza) y tubo, consiste en una serie de tubos linealescolocados dentro de un tubo muy grande llamado coraza (como se aprecia en la figuraanterior) 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 frecuenciade 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 sujetancomo pernos los cabezales del lado de los tubos. Esta construcción requiere que losmateriales de la coraza y los espejos se puedan soldar entre sí.

http://www.termofluidos.com/ver%20fotos%20miniatura%20de%20intercambiadores%20casco%20y%20tubo.htm



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FIGURA # 4.

Intercambiador de calor de tubo en U (ver figura # 5): el haz de tubosconsiste en un espejo estacionario, tubos en U (o de horquilla), deflectores o placas desoporte y espaciadores y tirantes apropiados. El haz de tubos se puede retirar de la corazadel intercambiador de calor. Se proporciona un cabezal del lado del tubo (estacionario) yuna 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 intercambiadoresde tubo en U con secciones ampliadas de la coraza para la separación del vapor y ellíquido)

FIGURA # 5

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

Intercambiador de anillo de cierre hidráulico (ver figura #6): estaconstrucción es la menos costosa de los tipos de tubos rectos y haz desmontable. Los

fluidos del lado de la coraza y del lado del tubo se retienen mediante anillos de empaquedistintos separados por un anillo de cierre hidráulico y se instalan en el espejo flotante.



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FIGURA # 6

Intercambiador de cabezal flotante con empaque exterior (ver figura # 7): el fluido del lado de la coraza se retiene mediante anillos de empaque, que se comprimendentro de un prensaestopas mediante un anillo seguidor de junta. Esta construcción fueutilizada con frecuencia en la industria química; sin embargo, su empleo ha disminuido enlos años recientes.

FIGURA #7.

Intercambiador de cabezal flotante interno (ver figura # 8): el diseño decabezal flotante interno se utiliza mucho en las refinerías petroleras, pero su uso hadeclinado en años recientes. En este tipo de cambiador de calor el haz de tubos y el espejoflotante se desplaza (o flota) para acomodar las dilataciones diferenciales entre la coraza ylos tubos.

FIGURA # 8

Intercambiador de cabezal flotante removible (ver figura # 9): laconstrucción es similar a la del intercambiador de cabezal flotante interno con anillodividido de respaldo, con la excepción de que la cubierta del cabezal flotante se sujetadirectamente con pernos en el espejo flotante. Esta característica reduce el tiempo demantenimiento durante la inspección y las reparaciones.



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FIGURA # 9

INTERCAMBIADOR DE DOBLE TUBO:Este tipo de cambiador de calor está formado por uno o más tubos pequeños

contenidos en un tubo de diámetro más grande. Al tubo externo se le llama anulo. ( en lassiguientes figuras se ejemplifica este tipo de intercambiador )

Intercambiadores de doble Tubo



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INTERCAMBIADORES DEL TIPO DE PLACA (ver figura # 10):

FIGURA # 10

Existen intercambiadores de tipo de placa en varias formas: en espiral, de placa(y armazón), de aleta con placa soldada y de aleta de placa y tubo.

Intercambiadores de placa en espiral: el intercambiador de placa en espiral sehace con un par de placas laminadas para proporcionar dos pasos rectangularesrelativamente largos para los fluidos con flujo en contracorriente. La trayectoria continuaelimina la inversión del flujo (y la caída consiguiente de la presión), las desviaciones y losproblemas de dilataciones diferenciales. Los sólidos se pueden mantener ensuspensión.(como se muestra en la figura)

Intercambiadores de placa y armazón: los intercambiadores de placa y armazónconsisten en placas estándares, que sirven como superficies de transferencia de calor y unarmazón para su apoyo.(ver siguiente figura)



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Intercambiador de calor de aleta y placa con soldadura fuerte: la superficie detransferencia de calor de aleta y placa se compone de una pila de capas, cada una de lascuales consiste en una aleta corrugada entre láminas metálicas planas, selladas en los doslados mediante canales o barras, para formar un paso para el flujo del fluido.(como semuestra en la figura)

Superficie de placa, aleta y tubo: las aletas rectangulares se perforan, forman,acampanan y apilan antes de que se inserten los tubos en las abrazaderas de las aletas y sedilaten para producir la superficie de placa, aleta y tubo.

INTERCAMBIADORES DE BLOQUES DE GRAFITO (ver figura # 11):

Los intercambiadores cúbicos de grafito impermeable consiste en cubos sólidos,perforados con hileras de orificios paralelos que están en ángulo recto con los superiores ylos inferiores. Los cabezales sujetos con pernos a los lados opuestos de las caras verticalesdel cubo proporcionan el flujo del fluido de proceso a través del bloque. Los cabezalesapropiados en las caras verticales restantes dirigen el medio de calentamiento oenfriamiento a través de los intercambiadores.

También hay un intercambiador de tipo de bloque que consiste en una serie debloques cilíndricos de grafito impermeable con pasajes radiales y axiales. El intercambiador



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del bloque cúbico de grafito no está sujeto a daños a partir de choque mecánico, comosucede con el intercambiador de coraza y tubo del mismo material.

FIGURA # 11

ENFRIADORES EN CASCADA:Los enfriadores en cascada consisten en una serie de tubos montados

horizontalmente, uno sobre otros. Se denominan a veces enfriadores de trombón,enfriadores de goteo o de serpentín. El agua de enfriamiento de un deposito de distribuciónse desliza sobre cada tubo y, a continuación, va a un dren. El fluido caliente circulageneralmente en flujo a contracorriente, del fondo a la parte superior del grupo de tubos.Existen enfriadores en cascada de vidrio, grafito impermeable, hierro colado y otrosmateriales.

ENFRIADORES ATMOSFÉRICOS:

Las secciones atmosféricas consisten en tubos lisos arreglados en haces de tubosrectangulares, que se instalen encima de estanques de agua en la parte inferior de una torrede enfriamiento. El fluido de proceso o el agua de enfriamiento primario fluye dentro de lostubos.



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INTERCAMBIADOR TUBULAR TIPO BAYONETA:Este tipo de intercambiadores son útiles cuando existe una diferencia extrema de

temperatura entre los fluidos del lado de la coraza y lado del tubo, ya que todas las partes

sujetas a expansión diferencial son libres para moverse, independientes entre si. Estaconstrucción única no sufre falla debido al congelamiento del condensado de vapor, porqueel vapor en la parte interna del tubo funde cualquier hielo que pueda formarse duranteperíodos de operación intermitente. Los costos son relativamente altos, ya que sólo lostubos externos del haz transfieren calor al fluido del lado de la coraza. Los tubos internosno son apoyados. Los tubos externos son apoyados por deflectores convencionales o placasde apoyo.

INTERCAMBIADORES DE TUBO EN ESPIRAL:Los intercambiadores de tubo en espiral consisten en un grupo de serpentines

concéntricos arrollados en espiral, por lo general conectados por múltiples (manifolds).

Entre sus características se incluye flujo a contracorriente, eliminación de las dificultadesde la expansión diferencial, velocidad constante y compactación.

INTERCAMBIADORES DE TUBO EN ESPIRAL PARA SERVICIOCRIOGÉNICO:

En algunos de los intercambiadores de servicio criogénico se requiere que existareversibilidad termodinámica con pequeñas diferencias en temperaturas y es en estos casoscuando se utilizan unidades del tipo espiral. Los intercambiadores en planta para laseparación de aire llevan el gas de alta presión dentro de los tubos y el gas de baja presiónfuera de los mismos en una combinación de flujos a contracorriente y cruzado.

INTERCAMBIADORES DE PELÍCULA DESCENDENTE:Las principales ventajas de estos intercambiadores de calor son la alta velocidad

de transferencia de calor, la existencia nula de caída de presión interna, corto tiempo decontacto (característica muy importante para materiales sensibles al calor), facilidad deacceso a los tubos para su limpieza y, en algunas ocasiones, prevención de fugas de un ladoa otro.

Estos intercambiadores de calor se utilizan en diversos servicios, como sedescribe a continuación:

ENFRIADORES Y CONDENSADORES DE LIQUIDOS. EVAPORADORES.

ABSORVEDORES. CONGELADORES.

INTERCAMBIADORES DE SUPERFICIE ESCARIADA (RASPADA):Los intercambiadores de superficie escariada tienen un elemento rotatorio con

hojas unidas a un soporte para presionar o raspar la superficie interna. Los intercambiadoresde superficie escariada son particularmente adecuados para la transferencia de calor con



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cristalización, transferencia de calor con gran ensuciamiento de la superficie, transferenciade calor con extracción por disolventes y para transferencia de calor de fluidos de altaviscosidad. Este tipo de intercambiador de utiliza mucho en las plantas de ceras y parafinasy en las plantas petroquímicas, para cristalización.

Hoja escariadora de intercambiador de superficie raspada.-

INTERCAMBIADORES DE CALOR ENFRIADOS POR AIRE:

EVAPORADORES:

1. Los evaporadores se emplean para la concentración de soluciones porevaporación de agua u otro fluido.

2. Los evaporadores se pueden clasificar como sigue:3. 1.- Medio de calentamiento separado del líquido en evaporación del

líquido en evaporación, mediante superficies tubulares de calentamiento.4. 2.- Medio de calentamiento confinado por serpentines, camisas, paredes

dobles, placas planas, etc.5. 3.- Medio de calentamiento en contacto directo con el líquido en

evaporación.6. 4.- Calentamiento mediante la radiación solar.



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Tipo de Evaporadores: Circulación forzada. a) Circulación forzada. b)Circulación forzada de tubo sumergida c) Cristalizador del tipo de Oslo. d) Vertical de tubocorto, e) De calandria y hélice, f) Vertical de tubo largo, g) Vertical de tubo largo conrecüculadón. A) De película descendente, t) Evaporador de tubo horizontal. C, condensado,F, alimentación, G. ventila, P, producto, S, vapor de agua, V, vapor, ENT ' T, salida dearrastre separado.



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INTERCAMBIADORES DE CALOR PARA SÓLIDOS:

1.- EQUIPOS PARA SOLIDIFICACION:

Equipos de transferencia de calor para la solidificación por lotes.

Equipos de transferencia de solidificación

Transportador vibratorio

2.- EQUIPOS PARA FUSION DE SOLIDOS:

3.- EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR PARA SÓLIDOSLAMINADOS:

Tipo tanque horizontal



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De cadena agitada

Molino de tambor doble

4.- EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR PARA SOLIDOSDIVIDIDOS.-

PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS (VARIABLES) DE DISEÑOLos tres componentes esenciales de un tubo de calor son:

1. El tubo externo o cubierta.2. El fluido de trabajo.3. El tejido o estructura capilar.

La función de la cubierta es contener al líquido y aislarlo del medio que lo rodeapara evitar su pérdida por evaporación. Sus características principales son pues laestanqueidad y la capacidad de resistir las diferencias de presión, así como la capacidad detransferencia de calor hacia y desde el fluido de trabajo. En consecuencia, la selección deltipo de material de la cubierta depende de los siguientes factores.

Compatibilidad con el fluido de trabajo y con el medio externo.

Relación resistencia-peso. Conviene que sea alta, especialmente en aplicacioneselectrónicas.

Conductividad térmica. Facilidad de fabricación, incluyendo soldadura, maquinado y ductilidad,

particularmente cuando su aplicación requiere doblarlo. Porosidad. Conviene que el material no sea poroso para que no escape el fluido de

trabajo.



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Mojabilidad por el fluido de trabajo.La única característica importante que requiere aclaración es la ˙última. Si el fluido de

trabajo no es capaz de mojarlo, no lo podrá· atravesar por más que la porosidad sea alta enfase líquida. No obstante, en fase vapor se escaparía a través de las paredes de la cubierta.El fluido de trabajo debe tener un rango de temperaturas de vaporización del orden de lastemperaturas operativas del equipo. Para la mayoría de las temperaturas operativas hayvarios fluidos de trabajo apropiados, siempre que se pueda fijar la presión interna sinrestricciones. No obstante, esto último tiene los límites lógicos impuestos por la necesidadde mantener el espesor de la cubierta dentro de un valor razonable. Una cubiertasuficientemente robusta para poder resistir una presión interna elevada podría ofrecer unaresistencia demasiado alta al paso de calor. Las características deseables en un buen fluidode trabajo son:

Que sea compatible con la cubierta y el relleno.

Que tenga buena estabilidad térmica, o sea que no se descomponga en el rango detemperaturas de operación del equipo.

Que moje bien la cubierta y el relleno. Que no tenga una presión de vapor demasiado alta o demasiado baja (vacío) en el

rango de temperaturas operativas. Una presión de vapor demasiado alta producevelocidades altas del vapor, lo que puede producir un flujo inestable.

Que tenga un calor latente de vaporización alto. De este modo el calor transferidopor unidad de masa de fluido circulante es mayor, y el peso del equipo es menor.Además, un flujo de fluido menor también significa menos pérdidas por fricción(que en flujo en medios porosos son muy elevadas) y mayor transporte de calor.

Que tenga una elevada conductividad térmica del líquido. Que tenga viscosidades bajas del líquido a todas las temperaturas del rango

operativo. No hay que olvidar que la pérdida por fricción depende directamente dela viscosidad. Conviene que la pérdida por fricción sean mínimas.

Que tenga alta tensión superficial. Los líquidos con tensión superficial elevada soncapaces de remontar alturas mayores contra la atracción gravitatoria por accióncapilar, lo que tiene importancia si los puntos de toma y liberación de calor estánsituados en alturas muy distintas, particularmente cuando el punto de liberación decalor está situado por encima del punto de toma. Además, es necesario que el

ángulo de contacto del líquido con el relleno y con la cubierta sean lo más pequeñosque sea posible.

Que tenga un punto de congelación muy alejado de cualquier temperatura del rangooperativo.

Que tenga un punto de escurrimiento razonable.



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Otras consideraciones relativas al fluido de trabajo son: una ebullición y condensación sinproblemas y un buen comportamiento capilar, para que el flujo sea lo más fácil que seaposible en el interior del tubo.En la tabla siguiente vemos algunos fluidos de trabajo usados en tubos de calor

El tejido o estructura de relleno capilar es una masa porosa que llena el tubo, hecha demateriales como acero, aluminio, níquel o cobre de varias porosidades.Se fabrica con espuma metálica, y más a menudo, con fieltro de hilos metálicos. Variandola presión aplicada al fieltro durante el relleno del tubo, se pueden obtener rellenos más omenos compactos, con variados índices de porosidad.

Suelen incorporarse cilindros removibles que luego se retiran del relleno, formandocanalizaciones regularmente espaciadas que actúan como una estructura arterial,distribuyendo el fluido en forma lo mas pareja posible.

También se han usado otros materiales fibrosos y diversas fibras de vidrio o materialescerámicos, que generalmente tienen menores tamaños de poro. La principal desventaja delas fibras de materiales cerámicos en comparación con las fibras metálicas es quenormalmente requieren una malla metálica que las soporte y les confiera rigidez, cosa quecon las fibras metálicas no es necesario. Si bien el material cerámico en sí puede serquímicamente compatible con el fluido de trabajo, la malla de soporte puede acarrearproblemas.



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Recientemente se ha empezado a usar la fibra de carbono, que presentan rayaslongitudinales muy largas en su superficie, tienen una alta presión capilar y sonquímicamente muy estables. Los tubos de calor construidos con fibra de carbono parecentener capacidades de transporte de calor algo más altas que los que usan otros tipos de

relleno.

El propósito principal del relleno es generar presión capilar para transportar el fluido detrabajo desde la sección de condensación hasta la de evaporación. También debe ser capazde distribuir el líquido en la sección de evaporación en forma uniforme para que puedarecibir calor. Por lo general estas son funciones diferentes, y requieren rellenos de distintotipo. La selección del relleno está gobernada por varios factores, varios de los cualesdependen fuertemente de las propiedades del fluido de trabajo.

La presión capilar máxima generada por el relleno aumenta a medida que el tamaño mediode los poros disminuye. En cuanto al espesor del tubo (que determina el espesor del relleno)depende de la capacidad del tubo, es decir de la cantidad de calor que se debe transportar.La resistencia térmica del relleno depende fundamentalmente de la conductividad térmicadel líquido.Los tipos más comunes de relleno son los siguientes.

Polvos metálicos sinterizados. El proceso de sintonización (obtención de piezas metálicaspor compresión de polvo metálico a muy alta presión) permite obtener rellenos muyporosos, con altas presiones capilares y bajos gradientes térmicos. Los tubos de calor

construidos con estos rellenos se pueden doblar en ángulos bastante cerrados, cosa que loshace más fácilmente aplicables en casos en los que los requisitos de espacio son muycríticos y las fuentes cálida y fría no se pueden unir con un tubo recto.

Malla de alambre. La mayoría de las aplicaciones usan tubos de calor con este tipo derelleno. Tienen una gran variedad de capacidades, de acuerdo al tipo de malla y de fluidousado.



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PRINCIPALES ACCESORIOS DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR

Accesorios de Observación destinados a observar la operación:tubos de nivel

grifos de prueba

manómetros termómetros

analizadores de gases Accesorios de Seguridad, destinados a evitar una excesiva presión de generación del

vapor en la caldera:

de palanca y contrapeso de peso directo

de resorte tapón fusible sistemas de alarma Accesorios de alimentación de agua: bomba de alimentación de agua inyector de agua Accesorios de limpieza: registros o tapas de limpieza

válvulas de punga estaque de retención de pungas

escabiadores deshollinadores

MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

El material de construcción más común en los intercambiadores de calor es el acero alcarbono. Otros materiales en orden de utilización son:

Acero inoxidable de la serie 300 Niquel

Monel Aleaciones de cobre , como latón Admiralty

Aluminio Inconel Acero inoxidable de la serie 400



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Los materiales a utilizar se seleccionan de acuerdo a las indicaciones del capítulo 3, por suresistencia a la corrosión.

Se utilizan tubos bimetálicos cuando las condiciones de temperatura y requisitos de

corrosión no permiten la utilización de una aleación simple. Consisten en dos materialeslaminados juntos. hay que tener cuidado con la acción galvánica.También se encuentran intercambiadores de construcción no metálica como son tubos devidrio, en casco de vidrio o acero. También se encuentran intercambiadores de calor degrafito, y de teflón.

TubosAleaciones de Cobre, 90/10 CuNi,Acero inoxidable 316,

Acero al carbono. .

Deflectores:Pueden ser de acero al carbono, latón yDe acero inoxidable 316.

Conchasacero inoxidable 316De acero.

SoportesDe carbón de aceroen todas las medidas.

Placas tubularesDe acero al carbono ,Acero inoxidable 316 o90/10 CuNi placas tubulares.

Cabezas

Hierro fundido,Latón, acero inoxidable 316 oFabricadas de acero al carbono.



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CONDICIONES DE CONTROL

Cuando se fija un diagrama de flujo para un proceso dado, la temperatura, presiones, ycantidades de flujo se fijan teóricamente de acuerdo con balances de calor, presión ymateriales. Trasladar este diagrama de flujo a una planta operable requiere que se tomenprovisiones especiales para asegurar una constancia relativa tanto de cantidades como decalidades. Es posible alcanzar una constancia absoluta aun en las operaciones industrialesmás simples, y éstas no incluyen la multitud de operaciones complejas que normalmente seencuentran. Tome el caso simple de un tanque de almacenamiento al cual mediante unabomba se le suministra líquido continuamente y con otra bomba idéntica se le succiona.Debido a las diferencias en succión y descarga, las dos bombas, actuandoindependientemente, bombean a diferentes gastes y el nivel del líquido en el tanque dealmacenamiento no puede esperarse que permanezca constante.Factores similares influyen en casi cualquiera de las condiciones del estado estable.Considere sólo los servicios tales como vapor de agua a alta y baja presión, agua deenfriamiento, electricidad, aire comprimido, y suministro de combustible. Cuando cualquierproceso unitario simple de una planta se para o se arranca, esto puede afectar el suministrode los servicios a los otros procesos unitarios. Además, cuando los hornos en la casa defuerza se reparan periódicamente, la temperatura, presión y cantidad del vapor en fa platapueden tener alguna variación. Similarmente, un cambio súbito en la demanda de vapor enalgún punto de la planta para calentar grandes recipientes puede originar suficientevariación de la velocidad que afecte el rendimiento de bombas movidas por turbinas devapor, compresores, y generadores, incluyendo sus capacidades y presiones. También latemperatura del agua de la torre de enfriamiento, debido a variaciones en las condicionesatmosféricas, puede afectar la transferencia total de calor en puntos críticos del proceso. Sise añade a esto las variaciones resultantes en los cambios de composición de los materialesde que se alimenta al proceso, tales como los puntos de ebullición, calores específicos, oviscosidades, y se pueden anticipar fluctuaciones en la presión, temperatura y flujo defluidos en las corrientes del proceso. El control automático se emplea para medir, suprimir,corregir, y modificar cambios de los cuatro tipos principales de variaciones en el proceso:

1. Control de temperatura2. Control de presión3. Control de flujo4. Control de nivel

Hay, además, otras 1 variables controlables tales como la gravedad específica,conductividad térmica, velocidad y composición. Debido a su importancia en latransferencia de calor, en las siguientes páginas se dará particular atención al control de latemperatura y su correlación con otras variables principales en el proceso.



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GLOSARIO

A bayoneta.- Encajando a presión la pieza de un mecanismo con otra, deslizándose por ella

Escariador.- Herramienta para agrandar agujeros.

Deshollinadores.- Instrumento que sirve para limpiar las manchas negras y grasientas quedeja el humo

Fluctuaciones.- Diferencia entre el valor instantáneo de una cantidad fluctuante y su valornormal.

Manifold.- Parte del sistema de tuberías de cargue, descargue o manejo de productos, en elcual confluyen varios tubos y válvulas, por lo que también se le conoce como "múltiple decargue".



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BIBLIOGRAFÍA.-

[1].- HOLLMAN, J. P. “TRANSFERENCIA DE CALOR”. Editorial Mc

GRAW HILL. 8° Edición.

[2].- KERKN, Donald. “PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR”.

Editorial CONTINENTAL S.A. México 1998.

[3].- PERRY. “MANUAL DEL INGENIERO QUÍMICO”. Editorial Mc

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[4].- GREGORIG, Romano. “CAMBIADORES DE CALOR”. Ediciones

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[5].- YUNUS A. CENGEL. “TRANSFERENCIA DE MASA Y CALOR”

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http://es.wikipedia.org/wiki/Caldera_(calefacci%C3%B3n)

http://www.apiheattransfer.com/es/pdf/Literature/Basco%20Whitlock%20U-Tube.pdf







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INTERCAMBIADORES DE CALOR 7° I.Q.

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