Equipos de Transferencia de Calor

5/28/2018 Equipos de Transferencia de Calor

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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE GUAYANAVICERRECTORADO ACADMICOCOORDINACIN DE INGENIERA INDUSTRIALDEPARTAMENTO DE CIENCIA Y TECNOLOGA

REA DE PROCESOS FISICOQUMICOSFENMENOS DE TRANSPORTE

EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DECALOR

PROFESOR: TECNLOGO:

MAITA GUSTAVO HERNNDEZ GLEIMIR

C.I: 20.298.970

FEBRERO, 2014


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INDICE

Introduccin.. ILa Transferencia de Calor..... 5 Conduccin............ Conveccin Radiacin...

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Equipos de Transferencia de Calor.... 7 Intercambiadores de Contacto directo.. Intercambiadores de Contacto indirecto

Regenerativos Recuperativos

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Una sola corriente.... 8 Dos corrientes en flujo paralelo.................... 9 Dos corrientes en contracorriente 9 Dos corrientes en flujo cruzado... 10 Dos corrientes en contra flujo cruzado 10 Dos corrientes a pasos mltiples...... 11

De acuerdo al tipo de construccin.. 11 De Doble Tubo.. ... 11 Enfriados por aire... 12 De Placas empacadas. 13 En Espiral.. 15 De Casco y Tubo.................... 16 De cabezal Flotante Interno.......... 18 De Lmina y Tubo Fijo.... 18 De Cabezal Flotante exterior. 19 De Cabezal y Tubos Integrados Rehervidor de Caldera..

1920

Condensador de Flujo Dividido..................... 20 De Superficies extendidas....................... 20 Recipientes enchaquetados. 22 De Bayoneta 22

Equipos Intercambiadores ms comunes en la Industria...................... 23 Serpentines.. 23 Evaporadores.. Condensadores 2424 Chiller.... 25 Torres de Enfriamiento.................... 25 Torres Evaporativas Calentadores de Vapor 2627 After Cooler... 27


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Fin Fan Cooler......................... 28Mantenimiento de Intercambiadores de Calor......................... 28Mantenimiento Aplicado a Intercambiadores de Calor. 29Implicaciones de un mal mantenimiento...Conclusiones.

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Referencias Bibliogrficas 34


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INTRODUCCIN

Durante muchos aos se crey que el calor era un componente queimpregnaba la materia y que los cuerpos absorban o desprendan segn loscasos. El calor est definido como la forma de energa que se transfiere entrediferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que seencuentran a distintas temperaturas, sin embargo en termodinmicageneralmente el trmino calor significa simplemente transferencia de energa.

Este flujo de energa siempre ocurre desde el cuerpo de mayortemperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo latransferencia hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio trmico.Hasta el siglo XIX se explicaba el efecto del ambiente en la variacin dela temperatura de un cuerpo por medio de un fluido invisible llamado calrico.Benjamin Thompson y James Prescott Joule establecieron queel trabajo poda convertirse en calor o en un incremento de la energa trmicadeterminando que, simplemente, era otra forma de la energa.

Un Intercambiador de Calor es un equipo utilizado para enfriar un fluidoque est ms caliente de lo deseado, transfiriendo esta calor a otro fluido queest fro y necesita ser calentado. La transferencia de calor se realiza atravs de una pared metlica o de un tubo que separa ambos fluidos. Sonparte fundamental de los dispositivos de calefaccin, refrigeracin,acondicionamiento de aire, produccin de energa y procesamiento qumico.

El objetivo de esta seccin es presentar los intercambiadores de calorcomo dispositivos que permiten remover calor de un punto a otro de maneraespecfica en una determinada aplicacin. Se presentan los tipos deintercambiadores de calor en funcin del flujo: flujo paralelo; contraflujo; flujocruzado. Adems se analizan los tipos de intercambiadores de calor conbase en su construccin: tubo y carcaza; placas. Se presentan tambin losintercambiadores de paso simple, de mltiples pasos, intercambiador decalor regenerador e intercambiador de calor no regenerativo. Al final seincluyen algunas de las posibles aplicaciones de los intercambiadores decalor.


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LA TRANSFERENCIA DE CALOR

La transferencia de calor, en fsica, proceso por el que se intercambiaenerga en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partesde un mismo cuerpo que estn a distinta temperatura. El calor se transfieremediante conveccin, radiacin o conduccin. Aunque estostres procesos pueden tener lugar simultneamente, puede ocurrir que uno delos mecanismos predomine sobre los otros dos. Por ejemplo, el calor setransmite a travs de la pared de una casa fundamentalmente por

conduccin, el agua de una cacerola situada sobre un quemador de gas secalienta en gran medida por conveccin, y la Tierra recibe calor del Sol casiexclusivamente por radiacin.

El calor puede transferirse de tres formas: por conduccin, por convecciny por radiacin. La conduccin es la transferencia de calor a travs de unobjeto slido: es lo que hace que el asa de un atizador se caliente aunqueslo la punta est en el fuego. La conveccin transfiere calor por elintercambio de molculas fras y calientes: es la causa de que el agua de unatetera se caliente uniformemente aunque slo su parte inferior est encontacto con la llama. La radiacin es la transferencia de calor por radiacin

electromagntica (generalmente infrarroja): es el principal mecanismo por elque un fuego calienta la habitacin. Existen tres mtodos para latransferencia calor: conduccin, convecciny radiacin.

Conocer cada tipo y saber cmo funciona le permite entender mejor cmolos sistemas de aislamiento y burletes protegen el espacio acondicionado.

Conduccin.

En los slidos, la nica forma de transferencia de calor es la conduccin. Sise calienta un extremo de una varilla metlica, de forma que aumente su

temperatura, el calor se transmite hasta el extremo ms fro por conduccin.No se comprende en su totalidad el mecanismo exacto de la conduccin decalor en los slidos, pero se cree que se debe, en parte, al movimiento de loselectrones libres que transportan energa cuando existe una diferencia detemperatura. Esta teora explica por qu los buenos conductores elctricostambin tienden a ser buenos conductores del calor. En 1822, el matemticofrancs Joseph Fourier dio una expresin matemtica precisa que hoy seconoce como ley de Fourier de la conduccin del calor. Esta ley afirma quela velocidad de conduccin de calor a travs de un cuerpo por unidad de


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seccin transversalen el cuerpo (con e

Convecci

Si existe una difees casi seguro quetransfiere calor deconveccin. El mocalienta un lquido

suele disminuir. Sifluido ms calientems denso descieno uniformidad de lLa conveccin forzpresiones, con lo qla mecnica de flui

Radiacin.

Es la transferencia

espacio. La radiaciconduccin y la coque estar en contaradiacin es un trfenmenos relaciode la radiacin pueexplicacin generalcuntica.

es proporcional al gradiente de temperal signo cambiado).

.

rencia de temperatura en el interior de use producir un movimiento del fluido. Ena parte del fluido a otra por un procesimiento del fluido puede ser natural o forun gas, su densidad (masa por unidad

el lquido o gas se encuentra en el campy menos denso asciende, mientras quede. Este tipo de movimiento, debido excla temperatura del fluido, se denomina cda se logra sometiendo el fluido a un gre se fuerza su movimiento de acuerdoos.

de calor, en forma de energa electroma

n presenta una diferencia fundamentalveccin: las sustancias que intercambiato, sino que pueden estar separadas poino que se aplica genricamente a toda

ados con ondas electromagnticas. Algden describirse mediante la teora de onsatisfactoria de la radiacin electromag

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tura que existe

lquido o un gas,ste movimientollamado

zado. Si sede volumen)

gravitatorio, ell fluido ms fro yusivamente a lanveccin natural.adiente de

las leyes de

ntica, por el

especto a lan calor no tienenr un vaco. Laclase denos fenmenosas, pero la nicatica es la teora


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EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

Bajo la denominacin general de equipos de transferencia de calor, osimplemente intercambiadores de calor, se engloba a todos aquellosdispositivos utilizados para transferir energa de un medio a otro, sinembargo, en lo que sigue se har referencia nica y exclusivamente a latransferencia de energa entre fluidos por conduccin y conveccin, debido aque el intercambio trmico entre fluidos es uno de los procesos msfrecuente e importante en la ingeniera.

INTERCAMBIADORES DE CONTACTO DIRECTO

En los intercambiadores de contacto directo sin almacenamiento de calorlas corrientes contactan una con otra ntimamente, cediendo la corriente mscaliente directamente su calor a la corriente ms fra. Este tipo deIntercambiador se utiliza naturalmente cuando las dos fases en contacto sonmutuamente insolubles y no reaccionan una con otra. Por consiguiente, nopuede utilizarse con sistemas gas-gas.

Los intercambiadores de calor de contacto directo son de tres ampliostipos. En primer lugar, se tienen los intercambiadores gas-slido como elcontactor de lecho mvil, el lecho fluidizado, el transportador de cinta mvil,entre otros. A continuacin se tiene los intercambiadores fluido-fluido, en losque los dos fluidos en contacto son mutuamente inmiscibles. Finalmente, nosiempre es necesario que los dos fluidos en contacto sean mutuamenteinsolubles En particular, en los sistemas aire-agua el intercambiador decontacto directo es de gran importancia ya que justo una de las fases (agua)se disuelve, o evapora, en la otra fase (aire). La torre de enfriamiento deagua es un ejemplo de este tipo, y de hecho representa el tipo msampliamente utilizado de intercambiador de calor en la industria.


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INTERCAMBIADORES DE CONTACTO INDIRECTO

Regenerativos.

Es un tipo de intercambiador de calor donde el calor del fluido caliente sealmacena de forma intermitente en un medio de almacenamiento trmicoantes de que se transfiere al fluido fro. Para lograr esto el fluido caliente sepone en contacto con el medio de almacenamiento de calor, a continuacin,se desplaza el fluido con el fluido fro, que absorbe el calor. En los

intercambiadores de calor regenerativos, el fluido a ambos lados delintercambiador de calor puede ser el mismo fluido. El fluido puede pasar atravs de un paso de procesamiento externa, y entonces se hace fluir denuevo a travs del intercambiador de calor en la direccin opuesta para suposterior procesamiento. Por lo general, la aplicacin utilizar este procesocclico o repetitivo.

Recuperativos.

Existen diversas configuraciones geomtricas de flujo posibles en unintercambiador, las ms importante son las que se presentan a continuacin:

Una sola corriente:

La configuracin de una sola corriente se define como un intercambiadoren el que cambia la temperatura de un solo fluido; en este caso la direccindel flujo carece de importancia. Los condensadores, evaporadores y lascalderas de vapor son ejemplos de este tipo de intercambiadores.


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Dos corrientes en flujo paralelo:

Los dos fluidos fluyen en direcciones paralelas y en el mismo sentido. Ensu forma ms simple, este tipo de intercambiador consta de dos tubosconcntricos. En la prctica, un gran nmero de tubos se colocan en unacoraza para formar lo que se conoce como intercambiador de coraza y tubosel cul se estar describiendo ms adelante.

Dos corrientes en contracorriente:

Los fluidos se desplazan en direcciones paralelas pero en sentido opuesto,pero, como en el caso del intercambiador de corrientes paralelas, losintercambiadores de coraza y tubos o de placas son los ms comunes.Veremos que para un nmero dado de unidades de transferencia, laefectividad de un intercambiador de corriente es mayor que la delintercambiador en contracorriente. Los precalentadores de agua dealimentacin para calderas y los enfriadores de aceite para aviones sonejemplos de este tipo de intercambiadores de calor. Esta configuracin seconoce tambin como intercambiadores de contracorriente.


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Dos corrientes en flujo cruzado:

Las corrientes fluyen en direcciones perpendiculares, la corriente calientepuede fluir por el interior de los tubos de un haz y la corriente fra puedehacerlo a travs del haz en una direccin generalmente perpendicular a lostubos. Una o ambas corrientes pueden estar sin mezclarse, estaconfiguracin tiene una efectividad intermedia entre la de un intercambiadorde corriente paralela y la de uno en contracorriente, pero a menudo suconstruccin es ms sencilla debido a la relativa simplicidad de los conductosde entrada y de salida. Un ejemplo comn de este tipo de intercambiador esel radiador de automvil.

Dos corrientes en contra flujo cruzado:

En la prctica, las configuraciones de flujo de los intercambiadores seaproximan a menudo a las idealizaciones se muestran los casos de dospasos y de cuatro pasos, aunque puede usarse un nmero mayor de pasos.(En un intercambiador de dos pasos los tubos pasan dos veces por lacoraza). Conforme aumenta el nmero de pasos, la efectividad se aproxima ala de un intercambiador de corriente ideal.


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Dos corrientes a pasos mltiples:Cuando los tubos de un intercambiador de coraza y tubos estn dispuestos

en uno o ms pasos en el interior de la coraza, algunos de los pasosproducen un flujo paralelo mientras que otros producen un flujo acontracorriente. El intercambiador de dos pasos de este tipo es comnporque slo es necesario perforar uno de los extremos para permitir laentrada y salida de los tubos.

DE ACUERDO AL TIPO DE CONSTRUCCIN

Intercambiador de Doble Tubo:

Estees uno de los diseos ms simples y consiste bsicamente de dostubos concntricos, en donde una corriente circula por dentro del tubo interiormientras que la otra circula por el nulo formado entre los tubos. Este es untipo de intercambiador cuya construccin es fcil y econmica, lo que lo hacemuy til. Las partes principales de este tipo de intercambiador son dos

juegos de tubos concntricos, dos "T" conectoras, un cabezal de retorno y uncodo en U.

Estos equipos son sumamente tiles, ya que se pueden fabricar encualquier taller de plomera a partir de partes estndar obteniendo assuperficies de transferencia de calor a un costo muy bajo. Generalmente seensamblan en longitudes efectivas de 12, 15 o 20 pies, en donde longitudefectiva se define como la distancia en cada rama sobre la que ocurretransferencia de calor, excluyendo la conexin en U del tubo interno y susprolongaciones.

La principal desventaja del uso de este tipo de intercambiador radica en lapequea superficie de transferencia de calor que proporciona, por lo que si


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se emplean en procesos industriales, generalmente se va a requerir de ungran nmero de stos conectados en serie, lo que necesariamente involucraa una gran cantidad de espacio fsico en la planta. Por otra parte, el tiempo ygastos requeridos para desmantelarlos y hacerles mantenimiento y limpiezaperidica son prohibitivos comparados con otro tipo de equipos.

No obstante estos intercambiadores encuentran su mayor utilidad cuandola superficie total de transferencia requerida es pequea (100 a 200 ft2 omenor). Como las dimensiones de los componentes de estos equipostienden a ser pequeas, estas unidades son diseadas para operar con altas

presiones; adems, los intercambiadores de doble tubo tienen la ventaja dela estandarizacin de sus componentes y de una construccin modular.

Intercambiadores Enfriados por Aire y Radiadores.

Consisten en una serie de tubos situados en una corriente de aire, quepuede ser forzada con ayuda de un ventilador. Los tubos suelen tener aletaspara aumentar el rea 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 seleccin de unintercambiador enfriado por aire frente a uno enfriado por agua es unacuestin econmica, 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 F (8C)). Con agua se obtienen diferencias menores.

Los enfriadores de aire ocupan un rea relativamente grande por lo quegeneralmente se ubican encima de equipos de proceso (tambores,intercambiadores, etc.). Como los ventiladores son generalmente muyruidosos, no pueden instalarse cerca de reas residenciales. Al disear estosequipos se debe tomar en cuenta el efecto de las prdidas de calor de losequipos circundantes sobre la temperatura del aire de entrada, as como,tener mucho cuidado para que cumplan con los requerimientos de servicioan en das calurosos y/o que el fluido no se congele dentro de los tubos en


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invierno. Los enfriadores de aire ocupan un rea relativamente grande por loque generalmente se ubican encima de equipos de proceso (tambores,intercambiadores, etc.). Como los ventiladores son generalmente muyruidosos, no pueden instalarse cerca de reas residenciales. Al disear estosequipos se debe tomar en cuenta el efecto de las prdidas de calor de losequipos circundantes sobre la temperatura del aire de entrada, as como,tener mucho cuidado para que cumplan con los requerimientos de servicioan en das calurosos y/o que el fluido no se congele dentro de los tubos eninvierno.

Como conclusin, a menos que el agua sea inasequible, la eleccin entreagua y aire como refrigerante depende de muchos factores y se debe evaluarcuidadosamente antes de tomar una decisin. Por lo general, este tipo deintercambiadores se emplea en aquellos lugares donde se requiera de unatorre de enfriamiento para el agua o se tenga que ampliar el sistema de aguade enfriamiento, donde sean muy estrictas las restricciones ambientales encuanto a los efluentes de agua o donde el medio refrigerante resulte muycorrosivo o provoque taponamientos excesivos.

Intercambiadores de Placas Empacadas (PHE).

A pesar de ser poco conocido, el intercambiador de placas, llamadotambin PHE por sus siglas en ingls: Plate Heat Exchanger, tiene patentesde finales del siglo XIX, especficamente hacia 1870, pero no fue sino hastalos aos 30 que comenz a ser ampliamente usado en la industria lctea porrazones sanitarias. En este tipo de intercambiadores las dos corrientes defluidos estn separadas por placas, que no son ms que lminas delgadas,


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rectangulares, en las que se observa un diseo corrugado, formado por unproceso de prensado de precisin. A un lado de cada placa, se localiza unaempacadura que bordea todo su permetro. La unidad completa mantieneunidos a un cierto nmero de estas placas, sujetas cara a cara en un marco.

El canal de flujo es el espacio que se forma, gracias a las empacaduras,entre dos placas adyacentes; arreglando el sistema de tal forma, que losfluidos fros y calientes corren alternadamente por dichos canales,paralelamente al lado ms largo. Existen aberturas en las 4 esquinas de lasplacas que conjuntamente con un arreglo apropiado en las empacaduras,

dirigen a las dos corrientes en sus canales de flujo.

Las placas son corrugadas en diversas formas, con el fin de aumentar elrea superficial efectiva de cada una; provocar turbulencia en el fluidomediante continuos cambios en su direccin y velocidad, lo que a su vezredunda en la obtencin de altos coeficientes de transferencia de calor, an abajas velocidades y con moderadas cadas de presin. Las corrugacionestambin son esenciales para incrementar la resistencia mecnica de lasplacas y favorecer su soporte mutuo.

Estos equipos son los ms apropiados para trabajar con fluidos de alta

viscosidad y tienen como ventaja adicional, el ser fcilmente desmontablespara labores de mantenimiento. No obstante, las condiciones de operacinse encuentran limitadas por las empacaduras. En los primeros equipos lapresin mxima era de 2 bar (0,2 Mpa) y la temperatura alrededor de 60 C.Pero a pesar de que el diseo bsicamente ha permanecido inalterado, loscontinuos avances en los ltimos 60 aos han incrementado las presiones ytemperaturas de operacin hasta los 30 bar (3 Mpa) y 250 C,respectivamente. Es importante destacar que la eleccin del material de lasempacaduras se vuelve ms restringida a altas temperaturas, lo que enconsecuencia reduce el nmero de fluidos que pueden ser manejados porestos equipos bajo esas condiciones; adems la vida til de la unidad

depende, en gran medida, del rendimiento de las empacaduras. Inicialmente,este tipo de equipos era usado en el procesamiento de bebidas y comidas, yaunque todava retienen su uso en el rea alimenticia, hoy en da son usadosen una amplia gama de procesos industriales, llegando inclusive, areemplazar a los intercambiadores de tubo y carcaza.

Una variante de los PHE se consigue si las placas son soldadas juntas enlos bordes, lo que previene las fugas a la atmsfera y permite el manejo defluidos peligrosos. Un equipo construido de esta forma, se le conoce comointercambiador de placas no empacadas, y tienen como desventaja el nopoder ser abierto para labores de mantenimiento, por lo que las labores de


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limpieza deben ser realizadas por mtodos qumicos. No obstante, las demsventajas de las unidades de placas se mantienen.

El diseo particular de este equipo permite alcanzar las presiones deoperacin que se manejan en los equipos tubulares convencionales, talescomo tubo y carcaza, enfriados por aire y doble tubo. Sin embargo, todavaexiste una limitacin en cuanto al diseo, en la que la diferencia de presinentre ambos fluidos no debe exceder los 40 bar.

Intercambiadores en Espiral (SHE).

Estos intercambiadores se originaron en Suecia hace ms de 40 aos paraser utilizados en la industria del papel y son llamados tambin SHE debido asus siglas en ingls: Spiral Heat Exchanger. Su diseo consiste en un par delminas de metal enrolladas (Figura I.1- 5) alrededor de un eje formando

pasajes paralelos en espiral por entre los cuales fluye cada sustancia.

El espaciamiento entre las lminas se mantiene gracias a que stas seencuentran soldadas a una especie de paral. Los canales que se forman enla espiral se encuentran cerrados en los extremos para que los fluidos no semezclen. El fluir continuamente entre curvas induce turbulencia en losfluidos, lo cual mejora la transferencia de calor y reduce el ensuciamiento.Estos equipos son muy utilizados en el manejo de fluidos viscosos, lodos ylquidos con slidos en suspensin, as como tambin en operaciones de


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condensacin y vaporizacin. Raras veces se requiere de aislantes, ya queson diseados de tal manera que el refrigerante pase por el canal externo.

Entre sus caractersticas ms resaltantes se pueden mencionar que seemplean con flujo en contracorriente puro, no presentan problemas deexpansin diferencial, son compactos y pueden emplearse para intercambiarcalor entre dos o ms fluidos a la vez. Estos equipos se empleannormalmente para aplicaciones criognicas.

En general los SHE ofrecen gran versatilidad en sus arreglos; siendo

posible variar anchos, largos, espesores, materiales, etc. De esta manera selogra que este tipo de equipos requiera 60% menos volumen y 70% menospeso que las unidades de tubo y carcaza comparables en la cantidad decalor transferido.

Intercambiadores de Casco y Tubo.

Este tipo de equipo consiste en una carcasa cilndrica que contiene un

arreglo de tubos paralelo al eje longitudinal de la carcasa. Los tubos puedeno no tener aletas y estn sujetos en cada extremo por lminas perforadas.

Estos atraviesan a su vez a una serie de lminas denominadas deflectores

(baffles) que al ser distribuidas a lo largo de toda la carcasa, sirven para

soportar los tubos y dirigir el flujo que circula por la misma, de tal forma que

la direccin del fluido sea siempre perpendicular a los tubos. El fluido que va

por dentro de los tubos es dirigido por unos ductos especiales conocidos

como cabezales o canales.


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De los diversos tipos de intercambiadores de calor, ste es el ms utilizado

en las refineras y plantas qumicas en general debido a que:

a) Proporciona flujos de calor elevados en relacin con su peso y

volumen.

b) Es relativamente fcil de construir en una gran variedad de

tamaos.

c) Es bastante fcil de limpiar y de reparar.

d) Es verstil y puede ser diseado para cumplir prcticamente con

cualquier aplicacin.

Las consideraciones de diseo estn estandarizadas por The Tubular

Exchanger Manufacturers Association (TEMA).

Un intercambiador de calor de casco y tubo conforme a TEMA se identifica

con tres letras, el dimetro 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 ms comunes.

La segunda letra es la indicativa del tipo de casco. La ms comn es la E

(casco de un paso) la F de dos pasos es ms complicada de mantener. Los

tipos G, H y J se utilizan para reducir las prdidas de presin 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 detipo S, T y U son los ms utilizados. El tipo S (cabezal flotante con dispositivo

de apoyo) el dimetro del cabezal es mayor que el del casco y hay que

desmontarlo para sacarlo. El tipo T (Cabezal flotante sin contrabrida) puede

sacarse sin desmontar, pero necesita mayor dimetro de casco para la

misma superficie de intercambio. El tipo U (haz de tubo en U) es el ms

econmico, pero a la hora de mantenimiento necesita una gran variedad de

tubos en stock.


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A continuacin se describirn los tipos de intercambiadores de casco y tubo

de acuerdo a The Tubular Exchanger Manufacturers Association (TEMA).

Intercambiador de Cabezal Flotante Interno (tipo ASE).

Es el modelo ms comn, tiene casco de un paso, tubos de doble paso concanal y cubierta desmontable, cabezal flotante con dispositivo de apoyo tienedesviadores transversales y placas de apoyo. Sus caractersticas son:

1.- Permite la expansin trmica de los tubos respecto al casco.2.- Permite el desmontaje3.- en lugar de dos pasos puede tener 4,6 u 8 pasos.4.- Los desviadores transversales, con el porcentaje de paso y suseparacin modifican la velocidad en el casco y su prdida de carga.5.- el flujo es contracorriente y a favor de corriente en la mitad de lostubos.

Intercambiador de Lmina y Tubo Fijo (tipo BEM).

Este intercambiador no tiene apenas diferencia entre ambos extremos, esde un solo paso en tubo y casco, lo que limita la velocidad dentro de lostubos, lo que reduce el coeficiente de transmisin de calor. Tiene junta deexpansin en casco. Imposibilidad de apertura para limpieza en lado delcasco.


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Intercambiador de Cabezal Flotante Exterior (tipo AEP).

Este modelo permite cierto movimiento del cabezal flotante y puededesmontarse para limpieza. Tiene el inconveniente de necesitar msmantenimiento para mantener el empaquetado y evitar las fugas.

Intercambiador de Cabezal y Tubos Integrados (tipo CFU).

Este modelo tiene el conjunto de tubos en U lo que permite un fcildesmontaje del conjunto de tubos. Tiene el inconveniente a la hora desustituir un tubo daado. Tiene el desviador central unido a la placa de tubos.


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Rehervidor de Caldera (tipo AKT).

Este intercambiador se caracteriza por la configuracin del casco. Elconjunto de tubos puede ser tambin A-U, dando lugar al AKU. El vertederoa la derecha de los tubos mantiene el lquido hirviente sobre los tubos. Elvapor sale por la tobera superior y el lquido caliente sale por la toberainferior.

Condensador de Flujo Dividido (tipo AJW).

Se utiliza fundamentalmente para condensar vapores, pues disminuye laprdida de carga (en un factor de 8). Parte del intercambiador se utiliza comocondensador y parte puede utilizarse con enfriador. El desviador centraldivide el flujo en dos y el resto de desviadores lo llevan a travs de los tubospara enfriarse.


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Intercambiador de Superficies Extendidas.

Cuando a las superficies ordinarias de transferencia de calor se le aadenpiezas adicionales de metal, estas ltimas extienden la superficie disponiblepara la transferencia de calor. Mientras que las superficies extendidasaumentan la transmisin total de calor, su influencia como superficie se tratade una manera diferente de la simple conduccin y conveccin.

Considere un intercambiador convencional de doble tubo, suponga que elfluido caliente fluye en el nulo y el fluido fro en el tubo interior en flujoturbulento. Luego suponga que al tubo interior se le sueldan aletas de metalPuesto que las aletas se fijan a la superficie del tubo fro sirven paratransferir calor adicional del fluido caliente al tubo interior. La superficie totaldisponible para la transferencia de calor no corresponde ya a lacircunferencia exterior del tubo interior, sino que est aumentada por lasuperficie adicional en loa lados de las aletas. Si las aletas de metal noreducen el coeficiente de transferencia de calor convencional en el nulo porcambio apreciable de las lneas de flujo, se transferir ms calor del fluidocaliente al fluido en el tubo interior.


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Recipientes Enchaquetados.

El encamisado o enchaquetado se utiliza con frecuencia para recipientesque necesitan limpieza frecuente o para los recubrimientos de vidrio que sondifciles de equipar con serpentines internos. La camisa elimina la necesidadde serpentn.

Intercambiadores de Bayoneta.

Una bayoneta consiste en un par de tubos concntricos, estando el exteriorsellado en un extremo como se muestra en la figura. Tanto el tubo exteriorcomo el interior se sujetan de cabezales estacionarios separados y seextienden ya sea a corazas o directamente a recipientes. La superficie deltubo exterior es la principal fuente de transferencias de calor.

Los intercambiadores de bayoneta se adaptan excelentemente a la

condensacin de vapores tanto a vacos moderados (presiones por debajode la presin atmosfrica) como a muy bajos.


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EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR MS COMUNES ENLA INDUSTRIA

Serpentines

Los serpentines son unidades de transferencia hechas de tubo liso oaleteado por los que circula un fluido en el interior de los tubos y otro seubica dentro de un rea confinada, estos equipos pueden verse comnmente

en ollas de calentamiento, contenedores de agua helada, calentadores deaire, enfriadores de aire, chaquetas de autoclaves etc.La configuracin de los serpentines es muy variada, aunque el principioestablece que la unidad debe tener una longitud definida y el fluido entra ysale por el mismo tubo. Los serpentines suelen conseguirse enconfiguraciones helicoidales rectas en U etc.


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Evaporadores

Los Evaporadores son intercambiadores que se encargan de enfriar fluidospor un proceso de expansin de gas el cual circula a travs del interior de lostubos y enfra el fluido que circula por la carcasa. Los Evaporadores sonequipos normalmente usados en los dispositivos de enfriamiento de aguatales como Chiller o para enfriamiento de gases o aire tal es el caso de losaires acondicionados. Su configuracin puede estar dada en equipos de tubocoraza o flujo cruzado.

Condensadores

Se conoce como unidad condensadora a todo aquel intercambiador quecumple una funcin de disminucin de temperatura, ya sea para gases,vapores y otros. La configuracin de un condensador puede ser de tubocoraza, placas y superficies extendidas. Los condensadores songeneralmente equipos que se encuentran en los procesos de cambios defase de gases a lquidos, los equipos de calefaccin de lquidos con vapor

son a su vez condensadores de vapor. En los ciclos de refrigeracin loscondensadores tienen la funcin de enfriar el gas refrigerante ya sea por flujocruzado gas-aire o gas-agua.


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Chiller

Las unidades Chiller estn conformadas por dos elementos detransferencia de calor un evaporador y un condensador, adems de loselementos clsicos del ciclo de refrigeracin (compresor, vlvula deexpansin, filtros etc.) los Chiller son unidades que se encargan de enfriaragua para aplicaciones varias. Este proceso se realiza mediante lacompresin de un gas refrigerante el cual sale comprimido de la bomba ocompresor a una temperatura de aproximadamente 80 grados, circula atravs del compensador manteniendo la presin y bajando la temperatura a

40 grados aproximadamente luego pasa por la vlvula de expansin dondeel gas se expande produciendo su enfriamiento, el gas circula dentro de lostubos del evaporador donde se genera la transferencia con el aguaenfrindola hasta una temperatura que puede oscilar entre 1 y 4 grados (omenos de acuerdo al control).

Torres de enfriamiento

Las torres de enfriamiento son unidades que se encargan de enfriar aguapor un proceso de divisin de la partcula de agua y su posterior circulacinpor una corriente de aire forzado logrando reducir la temperatura de la gotade agua en el proceso. Estos sistemas tienen ventajas y desventajas bienmarcadas. Las torres de enfriamiento son unidades abiertas donde el aguade un determinado proceso llega al tope de la torre a una temperaturamxima de 60 grados centgrados, esta entra a los rociadores de tope quese encargan de separar l liquido en la mayor cantidad de partculas

posibles, estas caen en un relleno ubicado a los lados de la torre donde


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establece un recorrido en contra flujo con una columna de aire forzado, laspartculas de agua recorren el relleno hasta enfriarse (1 o 2 grados porencima de la temperatura de la columna de aire) y llegan hasta la bandeja defondo donde se retorna al proceso.

Las temperaturas mximas que manejan las torres de enfriamiento

constituyen una limitante importante, as como la contaminacin del agua de

proceso por el contacto directo con el aire ambiental, los tratamientos de esta

agua son por lo general costosos y requieren de mantenimientos constantes,

sin embargo la posibilidad de enfriar grandes volmenes de agua logracompensar sus debilidades.

Torres evaporativas

Las torres de tipo evaporativas tienen un comportamiento similar al de las

torres de enfriamiento, con la diferencia de que el agua de proceso seencuentra en un ciclo cerrado a travs de un serpentn en el tope de la torre,producindose el enfriamiento del agua de proceso por intermedio delrociado de agua sobre la superficie del serpentn acompaado de aireforzado, el agua cae al fondo de la tina y es nuevamente bombeado al topede la torre para volver a cumplir el proceso.Una de las ventajas de estos equipos es que el agua de proceso se

contamina muy poco ya que se encuentra en un ciclo cerrado, sin embargo

su costo es sustancialmente superior al de las torres de enfriamiento.


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Calentadores de Vapor

Los calentadores de vapor son por lo general intercambiadores de tubo

coraza por los que circula vapor por la coraza y agua o gas por el interior de

los tubos, existen tambin calentadores de aceite trmico y de resistencia

elctrica.

After cooler pre cooler

Estos equipos son utilizados normalmente en unidades de compresin de

aire ya sean de una o varias etapas. Por lo general los compresores de aire

de una etapa poseen un intercambiador a la salida de aire comprimido de

tipo tubo coraza agua-aire o flujo cruzado aire-aire, estos equipos son

conocidos como after cooler o post enfriadores su funcin es bajar la


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emperatura del aire comprimido hasta niveles idneos de trabajo dentro de laplanta. Los pre-cooler son equipos utilizados en compresores de mltiples

etapas para enfriar el aire que sale de una etapa y entra en la siguiente, por

lo general estos son de tubo coraza.

Fin fan cooler

Estos equipos estn compuestos de una unidad de flujo cruzado con unventilador alineado a la superficie plana del intercambiador con la finalidad de

hacer circular aire a travs de la tubera aletada y enfriar el fluido que corre

por dentro de los tubos.

MANTENIMIENTO DE INTERCAMBIADORES DE CALOR

Los intercambiadores de calor en forma general, trabajan mediante la

circulacin de fluidos a travs de su estructura, esto produce con el tiempo,

debido a la operacin del equipo, obstrucciones de las zonas de flujo por


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corrosin de la estructura del intercambiador, descomposicin de los fluidos(aceites minerales, alimentos, etc.) por deposicin de slidos disueltos en

los fluidos (incrustaciones de carbonatos, etc.), al presentarse estas

caractersticas en el interior de los equipos, se producen incrustaciones en la

superficie interior y exterior se los tubos segn sea el caso, generando una

resistencia extra a la transferencia de calor y al paso del fluido y con esto

prdidas en la eficiencia de los equipos.

MANTENIMIENTO APLICADO A INTERCAMBIADORES DE CALOR

Aun cuando la variedad de intercambiadores existentes en los mltiplesprocesos industriales imposibilita describir un mantenimiento especfico paratodos los equipos intentaremos determinar las directrices que definen unmantenimiento efectivo en la mayora de los casos.

La finalidad de un mantenimiento radica en la eliminacin de los depsitosque obstruyen o imposibilitan la correcta transferencia en losintercambiadores, estas suelen producirse por deposicin de los slidos enlas paredes externas de los tubos, en las paredes internas de los tubos, as

como en la superficie interna de la coraza, esto para el caso de losintercambiadores de tubo coraza, en los intercambiadores de placa estaincrustacin se presenta entre las lminas dificultando la transferencia decalor entre los fluidos, adems de ofrecer restricciones a la circulacin enestos equipos.

Las tcnicas varan dependiendo del tipo de incrustacin y de laconfiguracin de los intercambiadores, as un intercambiador de placas fijasdebe aplicarse una limpieza por intermedio de cepillos o alta presin por elinterior de los tubos y por su configuracin de rea confinada para la carcasauna limpieza qumica que permita disolver por intermedio de la circulacin la

mayor cantidad de slidos adheridos a la superficie.

Los qumicos comnmente utilizados para la desincrustacin en reasconfinadas suelen variar de acuerdo al material de construccin del equipo,as como el fluido que maneja el intercambiador, en el caso de agua o vapor,se utilizan desincrustantes que pueden contener cidos fuertes o dbilesdependiendo del material de construccin del intercambiador, por ejemplopara intercambiadores de calor construidos en acero al carbono o aceroinoxidable, pueden utilizarse productos basndose en cido clorhdrico,fosfrico, ctrico u otra formulacin que permita disolver los mineralesproducto de las deposiciones del agua o del vapor estn presentes en el

intercambiador, es importante sealar que estos productos deben ser


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formulados, tomando en consideracin las posibles consecuencias de laaccin del qumico sobre los materiales de construccin.

Para intercambiadores de haz removible o de tubera en u el proceso sesimplifica bastante ya que la posibilidad de extraer el intercambiador de lacoraza permite actuar directamente sobre la superficie externa e interna deltubo, as como acceso directo al interior de la coraza. El mantenimientopuede realizarse por intermedio de cepillos de alambre circulares mechas olatiguillo de alta presin en el interior de los tubos y alta presin por el ladoexterno de la tubera. La coraza puede limpiarse con elementos mecnicos o

presin de agua.

Para el caso de los intercambiadores de placa, dependiendo de su estadopueden limpiarse con qumicos desincrustantes en el caso de agua odesengrasante para el caso de aceites, en caso de encontrarse defectos enel sistema de sellos de estos equipos es recomendable sustituir lasempacaduras entre placas y limpiar placa a placa con qumicos y agua apresin.

Para el caso de intercambiadores de flujo cruzado se procede de formasimilar con el interior de los tubos de acuerdo al acceso que posea el equipo,

(tapas removibles o agujeros de limpieza) mientras que el rea de superficieextendida se limpia con agentes qumicos adecuados para el materialadicionando agua de alta presin.

Para equipos involucrados dentro de los procesos tales como agua helada,

condensadores de gases, serpentn de inmersin y otros es importante

estudiar las condiciones de proceso para establecer el mantenimiento

correcto que debe aplicarse, siempre tomando en consideracin que la

finalidad del mantenimiento es la de liberar de incrustaciones de las

superficies de contacto de los fluidos para la optimizacin de la transferencia

de calor.

IMPLICACIONES DE UN MAL MANTENIMIENTO ENINTERCAMBIADORES DE CALOR

Para cualquier equipo de transferencia de calor, el hecho de que trabajecon niveles elevados de incrustaciones o con superficies totalmenteobstruidas, puede resultar en paradas de proceso imprevistas, o en sudefecto una drstica disminucin de las condiciones iniciales de transferencia


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de diseo, por lo que una poltica de mantenimiento en estos equiposredunda en beneficios ulteriores econmicos importantes.

Los equipos de transferencia de calor son sensibles a las deposiciones de

slidos y a las obstrucciones, dado que la superficie de los tubos y carcaza

son por lo general porosas, pueden producir fuerte adherencia de slidos y

posteriores socavaduras y corrosin en los materiales. Las deposiciones de

agua dura producen corrosin puntual o pitting, as como abrasin de la

superficie del material, otra grave consecuencia que puede presentarse en

los equipos, sobre todo en los de rea confinada, o placas fijas es que losdepsitos de agua dura llegan a un punto de cristalizacin que imposibilita la

accin de los qumicos, produciendo perdida completa del equipo.

En el caso de equipos en U las incrustaciones de agua dura dentro de los

tubos pueden ser removida por mechas en la zona recta del tubo, sin

embargo en las curvas esto se hace imposible, para el caso de equipos con

tubera de dimetros superiores a es posible introducir un latiguillo de alta

presin, aunque en la mayora de los casos los resultados no son muy

satisfactorios.


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CONCLUSINES

La energa es aquella propiedad que tiene las caractersticas de fluir en

diferentes formas. Hay varios tipos de energa, la energa calorfica, la

elctrica y la mecnica. Estos tipos de energa pueden ser almacenados, por

ejemplo, en un resorte interno o en un cuerpo caliente.

El calor puede transferirse de tres formas: por conduccin, por conveccin y

por radiacin. La conduccin es la transferencia de calor a travs de un

objeto slido: es lo que hace que el asa de un atizador se caliente aunqueslo la punta est en el fuego. La conveccin transfiere calor por el

intercambio de molculas fras y calientes: es la causa de que el agua de una

tetera se caliente uniformemente aunque slo su parte inferior est en

contacto con la llama. La radiacin es la transferencia de calor por radiacin

electromagntica (generalmente infrarroja): es el principal mecanismo por el

que un fuego calienta la habitacin. Existen tres mtodos para la

transferencia calor: conduccin, conveccin y radiacin.

La transferencia de calor es importante porque es algo cotidiano que

vivimos en nuestras vidas a diario cuando queremos enfriar un alimento

ejemplo chocolate le adicionamos leche fra para bajar su temperatura y en

ese momento hay una transferencia de calor que de pronto para muchas

personas sea insignificante y lo vean como algo normal pero en la industria

de alimentos es sinnimo de estudio por que nos brinda informacin sobre

cmo podemos conservarlo o como se mantienen o afectan sus

caractersticas fsicas qumicas microbiolgicas u organolpticas que haran

que el alimento sea ms apetecible o despreciable a nuestro gusto.

Un Intercambiador de Calor es un equipo utilizado para enfriar un fluidoque est ms caliente de lo deseado, transfiriendo esta calor a otro fluido que

est fro y necesita ser calentado. La transferencia de calor se realiza a

travs de una pared metlica o de un tubo que separa ambos fluidos. Son

parte fundamental de los dispositivos de calefaccin, refrigeracin,

acondicionamiento de aire, produccin de energa y procesamiento qumico.


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Las conclusiones que podemos al estudiar el calor y la energa son

1.- El calor se transfiere en forma de energa2.- El calor se transfiere de un cuerpo de mayor temperatura a uno de menortemperatura

3.- La energa se transfiere por tres mecanismos: conduccin, conveccin yradiacin4.- La temperatura es la medida de la energa interna de un sistema.

5.- La temperatura se puede medir con los termmetros y no consensaciones trmicas.

Hay numerosas razones para usar un intercambiador de calor, entre lascuales se resaltan:

1. Calentar un fluido fro por medio de otro con mayor temperatura.2. Disminuir la temperatura de un fluido mediante un fluido con menor

temperatura.3. Llevar al punto de ebullicin un fluido mediante otro con mayor

temperatura.4. Condensar un fluido en estado gaseoso por medio de otro fro.5. Llevar al punto de ebullicin un fluido mientras se condensa otro

gaseoso con mayor temperatura.

Los intercambiadores de calor se encuentran en muchos sistemasqumicos o mecnicos. Estos sirven, como su nombre lo indica, para ganarcalor o expeler calor en determinados procesos. Algunas de las aplicacionesms comunes se encuentran en calentamiento, ventilacin, sistemas deacondicionamiento de espacios, radiadores en mquinas de combustininterna, calderas, condensadores, y precalentadores o enfriamiento defluidos.


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