(2 52)

lte respectivamente ( 3nte respectivamente F) que en este caso l calcularlo con las

l

(253)

(2 53a)

endo en cuenta Ira obtener un ~5 muestra un Ite

3pa final de

La cantidad de agua removida es entonces 34000 Bls

(400 - 60)x 100 = 3400 Ibs I D = = 405 shy35024 hr

bull EI calor que se debe remover para enfriar el gas es

Q = M C ~T= 100 1 0 6

29 0~7 C I1T 9 9 9 379 24 i

Cg = Co + ~Cp Co = 0528 Btullb of (Fig 216 ref 1) ~Cp =16 BTUlib mol degF( Fit 217 ref1)

Cg =0528 29 067 - BTU + 16 _ BTU Ib molD F lh molD F

=11 86 BTUlb mol OF

6

Q = 10010 1186(175-100) = 979MBTU l hr gt 379

bull EI calor que se debe remover para enfriar el condensado es

=u7 350 YCI1T=146y C q I1T( 24 (J (J () (J

Tomando Co =05 Y calculando Yo de

y = 1415 = 1415 =077 o 1315+ o API 1315+523

Se puede calcular Qo de

Q = 146 077 05 6000 75

=253 MBTU I hr

bull EI calor que se debe remover para enfriar el agua es

qw es toda el agua libre que se tendra para enfriar 0 sea la que esta IIegando con el gas a 175degF mas el agua que se condense por el enfriamiento

EI agua que se condense es

61

405 Blshr = 972 BlsD y el agua que Ilega a superficie es 1500 Blsd

por tanto

Qw = 350 (1500+ 972) 1 (175 -100)= 175MBTU hr 24

34000 bull EI calor que se debe remover para condensar Ibshr de agua es

24

34000 h = Q 24 Ie HI

hrg es la entalpia del vapor de agua a 175degF y se obtiene de tablas de propiedades termodinamicas del vapor de agua hrg = 996 3

34000 QIII = 9963 = 141 MBTU hr

24

EI calor que se requiere remover es

=979 + 253 + 175 + 141 =1548 MBTUhr

23 - INTERCAMBIADORES DE CALOR

Aunque existen muchos tipos de intercambiadores de calor se hablara solo de un intercambiador muy utilizado en operaciones de tratamiento de gas conocido como de tubo y carcasa el cual consta de un tubo externo que Ileva en su interior una serie de tubos paralelos por entre los cuales va un fluido normalmente el que se desea calentar y estos tubos estan rodeados por otro fluido que fluye a traves del tubo externo y es el fluido que se utiliza para transmitir el calor Cuando se va a utilizar como enfriador el fluido de enfriamiento ira por los tubos internos y el caliente rodea estos ultimos

De acuerdo con la direcci6n de flujo de los fluidos de calentamiento y a calentar se habla de intercambiadores de coflujo y de contraflujo en el primer caso ambos fluidos fluyen en la misma direcci6n y en el segundo caso fluyen en direcci6n contra ria Suponiendo un intercambiador conformado por dos tubos concentricos los casos de coflujo y contraflujo se bull representarian graficamente de la siguiente manera EI fluido caliente va por el anular y entra a una temperatura T 1 Y sale a una temperatura T 3 Y el fluido frio entra por el mismo extremo que 10 hace el fluido caliente a una temperatura T2 y sale a una temperatura T4 EI comportamiento de la temperatura para los dos fluidos es diferente tal como se muestra a continuaci6n

T

LlT

Cuando se tiene contraflujo la sit

T+-I____-~

T

Observando el comportal L T1 Y LT2 son diferente~ (243) el valor de LMTD area de transferencia de de LMTD menor requer ~gu~_oor[]Jalmente cuanc

62

T

~s

Ie propiedades

T

Cuando se tiene contraflujo la situacion es la~igUlen~

TJT-l-1-----

) de un 1e tubo y Ie tubos y estos que se I miento

T

)Ia de

Fluido Caliente

en la ) un o se ntra

shy

~mo

EI ~ a L

Observando el comportamiento de la temperatura en los dos casos se ve que los valores de ~T1 y ~T2 son diferentes para los dos casos 10 cual hace que de acuerdo con la ecuacion (243) el valor de LMTD sea diferente de un caso al otro y por 10 tanto los requerimientos de area de transferencia de calor de acuerdo con la ecuacion (242) segun la cual a mayor valor de LMTD menor requerimiento de area para transferir una cantidad dada de calor Eare~_ JlU-eJlOl11l~~uando se tiene _contraflujo$e obtiene ma or LMTQpara una temperatura

63

de entrada del fluido de calentamiento y del fluido a calentar dadas y por tanto en este caso habra mas eficiencia en la transferenc ia de calor

La figura 4 muestra un esquema de este tipo de intercambiador y como se puede apreciar los principales componentes son

bull EI tubo externo con la entrada y salida para el fluido de calentamiento 0 enfriamiento y la entrada y salida para el fluido a calentar 0 enfriar Normalmente la entrada para el fluido de calentamiento esta en un extremo en la parte superior y la salida en el extremo opuesto en la parte inferior La entrada y salida para el fluido a calentar puede estar en el mismo extremo 0 en extremos opuestos dependiendo del recorrido que haga el fluido dentro del tubo exterior

Los tubos internos los cuales son de la misma longitud aproximadamente que el tubo externo y paralelos a este En algunos casos el fluido que va por estos tubos hace el recorrido de un extremo al otro por todos los tubos en otros casos cuando se tienen bafles de separacion el fluido hace el recorrido de un extremo al otro por una parte de los tubos y regresa por otra parte de los tubos en este caso se habla de un intercambiador de dos pasos

bull Bafles de Separacion Se utilizan para forzar el fluido que va dentro de los tubos interiores 0 hacer varios recorridos con el fin de mejorar la transferencia de calor

EI esquema de calentador de la figura 2 muestra un bafle de separacion en el extremo derecho y por tanto el fluido a calentar que entra por (3) inicia el recorrido hacia el extremo Izquierdo por los tubos interiores inferiores y al lIegar al extremo izquierdo regresan por los tubos interiores superiores el fluido de los tubos interiores hace dos recorridos La salida del fluido a calentar esta en la parte superior del extremo derecho

Si se desea forzar el fluido de los tubos interiores a hacer mas recorridos se deben usar mas bafles de separacion

Bafles de Soporte Estan apoyados en las paredes del tubo exterior y su funcion es servir de apoyo a los tubos interiores y forzar el fluido del tubo exterior a hacer un mayor recorrido para mejorar la transferencia de calor

Placas Refractarias Van en los extremos del tubo exterior y su funcion es prevenir el excesivo calentamiento de las paredes del tubo en estos puntos

EI tamario del tubo exterior y el tamario y numero de los tubos interiores depende del volumen de fluido a calentar 0 enfriar en la unidad de tiempo y de las caracteristicas del intercambio de calor (propiedades termicas del los fluidos diferencia de temperatura temperatura requerida en fluido a la salida)

En los intercambiadores de calor normalmente el incremento 0 decremento en temperatura es moderado

Existen muchos tipos de intercambiadores del tipo tubo y carcasa dependiendo de las caracteristicas de sus tres componentes principales que son La cabeza 0 extremo delantero el cuerpo 0 carcasa y la parte posterior 0 extremo trasero La cabeza es el extremo por donde entra el fluido de calentamiento y el extremo trasero es el opuesto EI cuerpo 0 carcasa es la parte normalmente recta del intercambiador e incluye el arreglo de tubos interne que puede constar de un solo tubo recto 0 en U 0 de un grupo de tubos tambien rectos 0 en U Las referencias (1) (2) Y (5) presentan informacion detallada sobre los diferentes tipos de intercambiadores de acuerdo con las caracteristicas de sus tres

componentes prine (Tubular ExchangE

Aunque en la figur calentar por los tul el fluido a calenta caracteristicas de middotoperacion etceter interior en casos c

Se requier EI fluido e EI fluido 0

EI fluido ti

Por otra part~_eLfl

- Se requiei EI fluido e

EI fluido r escamas Se preten

Un intercambiadc gas especialmer refrigeracion es como chiller y impurezas y luegl

esquema de estE respecto al intere presenta una zor zona recta y el interiores EI dis calentar Los var central de la care la valvula de la I tiene como func siempre cubiertc inferior del extrE regresa para sal la valvula inferior

22 CALENTA[

_ Cuando se reqL este caso se apl

Los calentadorE -cornurrmente c( directamente sc calentar va por combustion en

64

- -

to en este caso

luede apreciar

friamiento y la para el fluido n el extremo ie estar en el aga el fluido

que el tubo lOS hace el I se tienen arte de los -ambiador

los tubos

extremo hacia el quierdo ce dos cho

n usar

In es layor

ir el

del iel a

a

componentes principales y la metodologia para su denominacion de acuerdo con la TEMA (Tubular Exchangers Manufacturers Association)

Aunque en la figura 4 se mostro el fluido de calentamiento fluyendo por el anular y el fluido a calentar por los tubos interiores se puede tener el caso contrario y en general el que se tenga el fluido a calentar fluyendo por el anular 0 por el tubo interior depende de aspectos como caracteristicas del fluido del material de la carcasa y del tubo interior condiciones de operacion etcetera De acuerdo con la referencia (1) el fluido a calentar debe ir por el tubo interior en casos como los siguientes

Se requieren materiales especiales para soportar corrosion yo temperaturas altas EI fluido esta a alta presion EI fluido contiene va pores y gases no condensables EI fluido tiene tendencia a formar escamas

Por otra parte eUluido a calentar podra ir por el anular en situaciones como las siguientes ~ ---- -- -- shy

1 Se requieren caidas bajas de presion EI fluido es viscoso

EI fluido no presenta problemas para la transferencia de calor ( como depositacion de escamas solidos 0 productos de corrosion) Se pretende que haya vaporizacion al menos parcial del fluido

Un intercambiador que no presenta carcasa recta muy usado en procesos de tratamiento del gas especialmente en la regeneraci6n de aminas y en el procesamiento del gas por refrigeraci6n es el intercambiador de carcasa tipo Kettle el cual se conoce normalmente como chiller y cuya funcion es evaporar el fluido a calentar con el fin de separarlo de impurezas y luego condensar los vapores para seguir usando el fluido La figura 5 muestra un esquema de este tipo de intercambiador el cual presenta dos diferencias fundamentales con respecto al intercambiador mostrado en la figura 4 que son la forma del cuerpo 0 carcasa presenta una zona de ensanchamiento del diametro a partir del extremo frontal y luego una zona recta y el fluido a calentar va por el anular y el de calentamiento por el haz de tubos interiores EI diserio de la carcasa es con el fin de mejorar la evaporacion del fluido a calentar Los vapores que se van liberando salen por la valvula ubicada en la parte superior central de la carcasa y la porcion liquida del fluido a calentar que esta contaminado sale por la valvula de la parte inferior del extremo posterior despues de pasar el rebosadero el cual tiene como funcion garantizar que los tubos por donde va el fluido de calentamiento esten siempre cubiertos con liquido Observese que el fluido de calentamiento entra por la valvula inferior del extremo delantero recorre los tubos internos hacia el extremo posterior y se regresa para salir por la valvula superior del extremo delantero EI fluido a calentar entra por la valvula inferior de la zona de ensanchamiento de la carcasa

22 CALENTADORES

r _C_uando se -+equiere un incremento mas alto en temp~ratura se usan Ios calentadores En este caso se aplica -directamente calor sobre el flLJido que se va a calentar

Los caLentadores p_ueden ser tubulares 0 pirotubulares y los I2rimeros se conocen mas COm uQmen~e ~omo calentadores directos En cualquiera de los casos se aplica calor directamente s obre el fluido que se desea calentar En el calentador tubular el fluido a calentar va por un serpentin que esta rodeado por una llama 0 gases calientes de la combusti6n en el pirotubular la llama 0 los gases calientes de la combustion van por un tubo

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405 Blshr = 972 BlsD y el agua que Ilega a superficie es 1500 Blsd

por tanto

Qw = 350 (1500+ 972) 1 (175 -100)= 175MBTU hr 24

34000 bull EI calor que se debe remover para condensar Ibshr de agua es

24

34000 h = Q 24 Ie HI

hrg es la entalpia del vapor de agua a 175degF y se obtiene de tablas de propiedades termodinamicas del vapor de agua hrg = 996 3

34000 QIII = 9963 = 141 MBTU hr

24

EI calor que se requiere remover es

=979 + 253 + 175 + 141 =1548 MBTUhr

23 - INTERCAMBIADORES DE CALOR

Aunque existen muchos tipos de intercambiadores de calor se hablara solo de un intercambiador muy utilizado en operaciones de tratamiento de gas conocido como de tubo y carcasa el cual consta de un tubo externo que Ileva en su interior una serie de tubos paralelos por entre los cuales va un fluido normalmente el que se desea calentar y estos tubos estan rodeados por otro fluido que fluye a traves del tubo externo y es el fluido que se utiliza para transmitir el calor Cuando se va a utilizar como enfriador el fluido de enfriamiento ira por los tubos internos y el caliente rodea estos ultimos

De acuerdo con la direcci6n de flujo de los fluidos de calentamiento y a calentar se habla de intercambiadores de coflujo y de contraflujo en el primer caso ambos fluidos fluyen en la misma direcci6n y en el segundo caso fluyen en direcci6n contra ria Suponiendo un intercambiador conformado por dos tubos concentricos los casos de coflujo y contraflujo se bull representarian graficamente de la siguiente manera EI fluido caliente va por el anular y entra a una temperatura T 1 Y sale a una temperatura T 3 Y el fluido frio entra por el mismo extremo que 10 hace el fluido caliente a una temperatura T2 y sale a una temperatura T4 EI comportamiento de la temperatura para los dos fluidos es diferente tal como se muestra a continuaci6n

T

LlT

Cuando se tiene contraflujo la sit

T+-I____-~

T

Observando el comportal L T1 Y LT2 son diferente~ (243) el valor de LMTD area de transferencia de de LMTD menor requer ~gu~_oor[]Jalmente cuanc

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T

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T

Cuando se tiene contraflujo la situacion es la~igUlen~

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Observando el comportamiento de la temperatura en los dos casos se ve que los valores de ~T1 y ~T2 son diferentes para los dos casos 10 cual hace que de acuerdo con la ecuacion (243) el valor de LMTD sea diferente de un caso al otro y por 10 tanto los requerimientos de area de transferencia de calor de acuerdo con la ecuacion (242) segun la cual a mayor valor de LMTD menor requerimiento de area para transferir una cantidad dada de calor Eare~_ JlU-eJlOl11l~~uando se tiene _contraflujo$e obtiene ma or LMTQpara una temperatura

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de entrada del fluido de calentamiento y del fluido a calentar dadas y por tanto en este caso habra mas eficiencia en la transferenc ia de calor

La figura 4 muestra un esquema de este tipo de intercambiador y como se puede apreciar los principales componentes son

bull EI tubo externo con la entrada y salida para el fluido de calentamiento 0 enfriamiento y la entrada y salida para el fluido a calentar 0 enfriar Normalmente la entrada para el fluido de calentamiento esta en un extremo en la parte superior y la salida en el extremo opuesto en la parte inferior La entrada y salida para el fluido a calentar puede estar en el mismo extremo 0 en extremos opuestos dependiendo del recorrido que haga el fluido dentro del tubo exterior

Los tubos internos los cuales son de la misma longitud aproximadamente que el tubo externo y paralelos a este En algunos casos el fluido que va por estos tubos hace el recorrido de un extremo al otro por todos los tubos en otros casos cuando se tienen bafles de separacion el fluido hace el recorrido de un extremo al otro por una parte de los tubos y regresa por otra parte de los tubos en este caso se habla de un intercambiador de dos pasos

bull Bafles de Separacion Se utilizan para forzar el fluido que va dentro de los tubos interiores 0 hacer varios recorridos con el fin de mejorar la transferencia de calor

EI esquema de calentador de la figura 2 muestra un bafle de separacion en el extremo derecho y por tanto el fluido a calentar que entra por (3) inicia el recorrido hacia el extremo Izquierdo por los tubos interiores inferiores y al lIegar al extremo izquierdo regresan por los tubos interiores superiores el fluido de los tubos interiores hace dos recorridos La salida del fluido a calentar esta en la parte superior del extremo derecho

Si se desea forzar el fluido de los tubos interiores a hacer mas recorridos se deben usar mas bafles de separacion

Bafles de Soporte Estan apoyados en las paredes del tubo exterior y su funcion es servir de apoyo a los tubos interiores y forzar el fluido del tubo exterior a hacer un mayor recorrido para mejorar la transferencia de calor

Placas Refractarias Van en los extremos del tubo exterior y su funcion es prevenir el excesivo calentamiento de las paredes del tubo en estos puntos

EI tamario del tubo exterior y el tamario y numero de los tubos interiores depende del volumen de fluido a calentar 0 enfriar en la unidad de tiempo y de las caracteristicas del intercambio de calor (propiedades termicas del los fluidos diferencia de temperatura temperatura requerida en fluido a la salida)

En los intercambiadores de calor normalmente el incremento 0 decremento en temperatura es moderado

Existen muchos tipos de intercambiadores del tipo tubo y carcasa dependiendo de las caracteristicas de sus tres componentes principales que son La cabeza 0 extremo delantero el cuerpo 0 carcasa y la parte posterior 0 extremo trasero La cabeza es el extremo por donde entra el fluido de calentamiento y el extremo trasero es el opuesto EI cuerpo 0 carcasa es la parte normalmente recta del intercambiador e incluye el arreglo de tubos interne que puede constar de un solo tubo recto 0 en U 0 de un grupo de tubos tambien rectos 0 en U Las referencias (1) (2) Y (5) presentan informacion detallada sobre los diferentes tipos de intercambiadores de acuerdo con las caracteristicas de sus tres

componentes prine (Tubular ExchangE

Aunque en la figur calentar por los tul el fluido a calenta caracteristicas de middotoperacion etceter interior en casos c

Se requier EI fluido e EI fluido 0

EI fluido ti

Por otra part~_eLfl

- Se requiei EI fluido e

EI fluido r escamas Se preten

Un intercambiadc gas especialmer refrigeracion es como chiller y impurezas y luegl

esquema de estE respecto al intere presenta una zor zona recta y el interiores EI dis calentar Los var central de la care la valvula de la I tiene como func siempre cubiertc inferior del extrE regresa para sal la valvula inferior

22 CALENTA[

_ Cuando se reqL este caso se apl

Los calentadorE -cornurrmente c( directamente sc calentar va por combustion en

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to en este caso

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componentes principales y la metodologia para su denominacion de acuerdo con la TEMA (Tubular Exchangers Manufacturers Association)

Aunque en la figura 4 se mostro el fluido de calentamiento fluyendo por el anular y el fluido a calentar por los tubos interiores se puede tener el caso contrario y en general el que se tenga el fluido a calentar fluyendo por el anular 0 por el tubo interior depende de aspectos como caracteristicas del fluido del material de la carcasa y del tubo interior condiciones de operacion etcetera De acuerdo con la referencia (1) el fluido a calentar debe ir por el tubo interior en casos como los siguientes

Se requieren materiales especiales para soportar corrosion yo temperaturas altas EI fluido esta a alta presion EI fluido contiene va pores y gases no condensables EI fluido tiene tendencia a formar escamas

Por otra parte eUluido a calentar podra ir por el anular en situaciones como las siguientes ~ ---- -- -- shy

1 Se requieren caidas bajas de presion EI fluido es viscoso

EI fluido no presenta problemas para la transferencia de calor ( como depositacion de escamas solidos 0 productos de corrosion) Se pretende que haya vaporizacion al menos parcial del fluido

Un intercambiador que no presenta carcasa recta muy usado en procesos de tratamiento del gas especialmente en la regeneraci6n de aminas y en el procesamiento del gas por refrigeraci6n es el intercambiador de carcasa tipo Kettle el cual se conoce normalmente como chiller y cuya funcion es evaporar el fluido a calentar con el fin de separarlo de impurezas y luego condensar los vapores para seguir usando el fluido La figura 5 muestra un esquema de este tipo de intercambiador el cual presenta dos diferencias fundamentales con respecto al intercambiador mostrado en la figura 4 que son la forma del cuerpo 0 carcasa presenta una zona de ensanchamiento del diametro a partir del extremo frontal y luego una zona recta y el fluido a calentar va por el anular y el de calentamiento por el haz de tubos interiores EI diserio de la carcasa es con el fin de mejorar la evaporacion del fluido a calentar Los vapores que se van liberando salen por la valvula ubicada en la parte superior central de la carcasa y la porcion liquida del fluido a calentar que esta contaminado sale por la valvula de la parte inferior del extremo posterior despues de pasar el rebosadero el cual tiene como funcion garantizar que los tubos por donde va el fluido de calentamiento esten siempre cubiertos con liquido Observese que el fluido de calentamiento entra por la valvula inferior del extremo delantero recorre los tubos internos hacia el extremo posterior y se regresa para salir por la valvula superior del extremo delantero EI fluido a calentar entra por la valvula inferior de la zona de ensanchamiento de la carcasa

22 CALENTADORES

r _C_uando se -+equiere un incremento mas alto en temp~ratura se usan Ios calentadores En este caso se aplica -directamente calor sobre el flLJido que se va a calentar

Los caLentadores p_ueden ser tubulares 0 pirotubulares y los I2rimeros se conocen mas COm uQmen~e ~omo calentadores directos En cualquiera de los casos se aplica calor directamente s obre el fluido que se desea calentar En el calentador tubular el fluido a calentar va por un serpentin que esta rodeado por una llama 0 gases calientes de la combusti6n en el pirotubular la llama 0 los gases calientes de la combustion van por un tubo

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T

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Ie propiedades

T

Cuando se tiene contraflujo la situacion es la~igUlen~

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) de un 1e tubo y Ie tubos y estos que se I miento

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Fluido Caliente

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Observando el comportamiento de la temperatura en los dos casos se ve que los valores de ~T1 y ~T2 son diferentes para los dos casos 10 cual hace que de acuerdo con la ecuacion (243) el valor de LMTD sea diferente de un caso al otro y por 10 tanto los requerimientos de area de transferencia de calor de acuerdo con la ecuacion (242) segun la cual a mayor valor de LMTD menor requerimiento de area para transferir una cantidad dada de calor Eare~_ JlU-eJlOl11l~~uando se tiene _contraflujo$e obtiene ma or LMTQpara una temperatura

63

de entrada del fluido de calentamiento y del fluido a calentar dadas y por tanto en este caso habra mas eficiencia en la transferenc ia de calor

La figura 4 muestra un esquema de este tipo de intercambiador y como se puede apreciar los principales componentes son

bull EI tubo externo con la entrada y salida para el fluido de calentamiento 0 enfriamiento y la entrada y salida para el fluido a calentar 0 enfriar Normalmente la entrada para el fluido de calentamiento esta en un extremo en la parte superior y la salida en el extremo opuesto en la parte inferior La entrada y salida para el fluido a calentar puede estar en el mismo extremo 0 en extremos opuestos dependiendo del recorrido que haga el fluido dentro del tubo exterior

Los tubos internos los cuales son de la misma longitud aproximadamente que el tubo externo y paralelos a este En algunos casos el fluido que va por estos tubos hace el recorrido de un extremo al otro por todos los tubos en otros casos cuando se tienen bafles de separacion el fluido hace el recorrido de un extremo al otro por una parte de los tubos y regresa por otra parte de los tubos en este caso se habla de un intercambiador de dos pasos

bull Bafles de Separacion Se utilizan para forzar el fluido que va dentro de los tubos interiores 0 hacer varios recorridos con el fin de mejorar la transferencia de calor

EI esquema de calentador de la figura 2 muestra un bafle de separacion en el extremo derecho y por tanto el fluido a calentar que entra por (3) inicia el recorrido hacia el extremo Izquierdo por los tubos interiores inferiores y al lIegar al extremo izquierdo regresan por los tubos interiores superiores el fluido de los tubos interiores hace dos recorridos La salida del fluido a calentar esta en la parte superior del extremo derecho

Si se desea forzar el fluido de los tubos interiores a hacer mas recorridos se deben usar mas bafles de separacion

Bafles de Soporte Estan apoyados en las paredes del tubo exterior y su funcion es servir de apoyo a los tubos interiores y forzar el fluido del tubo exterior a hacer un mayor recorrido para mejorar la transferencia de calor

Placas Refractarias Van en los extremos del tubo exterior y su funcion es prevenir el excesivo calentamiento de las paredes del tubo en estos puntos

EI tamario del tubo exterior y el tamario y numero de los tubos interiores depende del volumen de fluido a calentar 0 enfriar en la unidad de tiempo y de las caracteristicas del intercambio de calor (propiedades termicas del los fluidos diferencia de temperatura temperatura requerida en fluido a la salida)

En los intercambiadores de calor normalmente el incremento 0 decremento en temperatura es moderado

Existen muchos tipos de intercambiadores del tipo tubo y carcasa dependiendo de las caracteristicas de sus tres componentes principales que son La cabeza 0 extremo delantero el cuerpo 0 carcasa y la parte posterior 0 extremo trasero La cabeza es el extremo por donde entra el fluido de calentamiento y el extremo trasero es el opuesto EI cuerpo 0 carcasa es la parte normalmente recta del intercambiador e incluye el arreglo de tubos interne que puede constar de un solo tubo recto 0 en U 0 de un grupo de tubos tambien rectos 0 en U Las referencias (1) (2) Y (5) presentan informacion detallada sobre los diferentes tipos de intercambiadores de acuerdo con las caracteristicas de sus tres

componentes prine (Tubular ExchangE

Aunque en la figur calentar por los tul el fluido a calenta caracteristicas de middotoperacion etceter interior en casos c

Se requier EI fluido e EI fluido 0

EI fluido ti

Por otra part~_eLfl

- Se requiei EI fluido e

EI fluido r escamas Se preten

Un intercambiadc gas especialmer refrigeracion es como chiller y impurezas y luegl

esquema de estE respecto al intere presenta una zor zona recta y el interiores EI dis calentar Los var central de la care la valvula de la I tiene como func siempre cubiertc inferior del extrE regresa para sal la valvula inferior

22 CALENTA[

_ Cuando se reqL este caso se apl

Los calentadorE -cornurrmente c( directamente sc calentar va por combustion en

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- -

to en este caso

luede apreciar

friamiento y la para el fluido n el extremo ie estar en el aga el fluido

que el tubo lOS hace el I se tienen arte de los -ambiador

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extremo hacia el quierdo ce dos cho

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In es layor

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del iel a

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componentes principales y la metodologia para su denominacion de acuerdo con la TEMA (Tubular Exchangers Manufacturers Association)

Aunque en la figura 4 se mostro el fluido de calentamiento fluyendo por el anular y el fluido a calentar por los tubos interiores se puede tener el caso contrario y en general el que se tenga el fluido a calentar fluyendo por el anular 0 por el tubo interior depende de aspectos como caracteristicas del fluido del material de la carcasa y del tubo interior condiciones de operacion etcetera De acuerdo con la referencia (1) el fluido a calentar debe ir por el tubo interior en casos como los siguientes

Se requieren materiales especiales para soportar corrosion yo temperaturas altas EI fluido esta a alta presion EI fluido contiene va pores y gases no condensables EI fluido tiene tendencia a formar escamas

Por otra parte eUluido a calentar podra ir por el anular en situaciones como las siguientes ~ ---- -- -- shy

1 Se requieren caidas bajas de presion EI fluido es viscoso

EI fluido no presenta problemas para la transferencia de calor ( como depositacion de escamas solidos 0 productos de corrosion) Se pretende que haya vaporizacion al menos parcial del fluido

Un intercambiador que no presenta carcasa recta muy usado en procesos de tratamiento del gas especialmente en la regeneraci6n de aminas y en el procesamiento del gas por refrigeraci6n es el intercambiador de carcasa tipo Kettle el cual se conoce normalmente como chiller y cuya funcion es evaporar el fluido a calentar con el fin de separarlo de impurezas y luego condensar los vapores para seguir usando el fluido La figura 5 muestra un esquema de este tipo de intercambiador el cual presenta dos diferencias fundamentales con respecto al intercambiador mostrado en la figura 4 que son la forma del cuerpo 0 carcasa presenta una zona de ensanchamiento del diametro a partir del extremo frontal y luego una zona recta y el fluido a calentar va por el anular y el de calentamiento por el haz de tubos interiores EI diserio de la carcasa es con el fin de mejorar la evaporacion del fluido a calentar Los vapores que se van liberando salen por la valvula ubicada en la parte superior central de la carcasa y la porcion liquida del fluido a calentar que esta contaminado sale por la valvula de la parte inferior del extremo posterior despues de pasar el rebosadero el cual tiene como funcion garantizar que los tubos por donde va el fluido de calentamiento esten siempre cubiertos con liquido Observese que el fluido de calentamiento entra por la valvula inferior del extremo delantero recorre los tubos internos hacia el extremo posterior y se regresa para salir por la valvula superior del extremo delantero EI fluido a calentar entra por la valvula inferior de la zona de ensanchamiento de la carcasa

22 CALENTADORES

r _C_uando se -+equiere un incremento mas alto en temp~ratura se usan Ios calentadores En este caso se aplica -directamente calor sobre el flLJido que se va a calentar

Los caLentadores p_ueden ser tubulares 0 pirotubulares y los I2rimeros se conocen mas COm uQmen~e ~omo calentadores directos En cualquiera de los casos se aplica calor directamente s obre el fluido que se desea calentar En el calentador tubular el fluido a calentar va por un serpentin que esta rodeado por una llama 0 gases calientes de la combusti6n en el pirotubular la llama 0 los gases calientes de la combustion van por un tubo

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de entrada del fluido de calentamiento y del fluido a calentar dadas y por tanto en este caso habra mas eficiencia en la transferenc ia de calor

La figura 4 muestra un esquema de este tipo de intercambiador y como se puede apreciar los principales componentes son

bull EI tubo externo con la entrada y salida para el fluido de calentamiento 0 enfriamiento y la entrada y salida para el fluido a calentar 0 enfriar Normalmente la entrada para el fluido de calentamiento esta en un extremo en la parte superior y la salida en el extremo opuesto en la parte inferior La entrada y salida para el fluido a calentar puede estar en el mismo extremo 0 en extremos opuestos dependiendo del recorrido que haga el fluido dentro del tubo exterior

Los tubos internos los cuales son de la misma longitud aproximadamente que el tubo externo y paralelos a este En algunos casos el fluido que va por estos tubos hace el recorrido de un extremo al otro por todos los tubos en otros casos cuando se tienen bafles de separacion el fluido hace el recorrido de un extremo al otro por una parte de los tubos y regresa por otra parte de los tubos en este caso se habla de un intercambiador de dos pasos

bull Bafles de Separacion Se utilizan para forzar el fluido que va dentro de los tubos interiores 0 hacer varios recorridos con el fin de mejorar la transferencia de calor

EI esquema de calentador de la figura 2 muestra un bafle de separacion en el extremo derecho y por tanto el fluido a calentar que entra por (3) inicia el recorrido hacia el extremo Izquierdo por los tubos interiores inferiores y al lIegar al extremo izquierdo regresan por los tubos interiores superiores el fluido de los tubos interiores hace dos recorridos La salida del fluido a calentar esta en la parte superior del extremo derecho

Si se desea forzar el fluido de los tubos interiores a hacer mas recorridos se deben usar mas bafles de separacion

Bafles de Soporte Estan apoyados en las paredes del tubo exterior y su funcion es servir de apoyo a los tubos interiores y forzar el fluido del tubo exterior a hacer un mayor recorrido para mejorar la transferencia de calor

Placas Refractarias Van en los extremos del tubo exterior y su funcion es prevenir el excesivo calentamiento de las paredes del tubo en estos puntos

EI tamario del tubo exterior y el tamario y numero de los tubos interiores depende del volumen de fluido a calentar 0 enfriar en la unidad de tiempo y de las caracteristicas del intercambio de calor (propiedades termicas del los fluidos diferencia de temperatura temperatura requerida en fluido a la salida)

En los intercambiadores de calor normalmente el incremento 0 decremento en temperatura es moderado

Existen muchos tipos de intercambiadores del tipo tubo y carcasa dependiendo de las caracteristicas de sus tres componentes principales que son La cabeza 0 extremo delantero el cuerpo 0 carcasa y la parte posterior 0 extremo trasero La cabeza es el extremo por donde entra el fluido de calentamiento y el extremo trasero es el opuesto EI cuerpo 0 carcasa es la parte normalmente recta del intercambiador e incluye el arreglo de tubos interne que puede constar de un solo tubo recto 0 en U 0 de un grupo de tubos tambien rectos 0 en U Las referencias (1) (2) Y (5) presentan informacion detallada sobre los diferentes tipos de intercambiadores de acuerdo con las caracteristicas de sus tres

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22 CALENTA[

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componentes principales y la metodologia para su denominacion de acuerdo con la TEMA (Tubular Exchangers Manufacturers Association)

Aunque en la figura 4 se mostro el fluido de calentamiento fluyendo por el anular y el fluido a calentar por los tubos interiores se puede tener el caso contrario y en general el que se tenga el fluido a calentar fluyendo por el anular 0 por el tubo interior depende de aspectos como caracteristicas del fluido del material de la carcasa y del tubo interior condiciones de operacion etcetera De acuerdo con la referencia (1) el fluido a calentar debe ir por el tubo interior en casos como los siguientes

Se requieren materiales especiales para soportar corrosion yo temperaturas altas EI fluido esta a alta presion EI fluido contiene va pores y gases no condensables EI fluido tiene tendencia a formar escamas

Por otra parte eUluido a calentar podra ir por el anular en situaciones como las siguientes ~ ---- -- -- shy

1 Se requieren caidas bajas de presion EI fluido es viscoso

EI fluido no presenta problemas para la transferencia de calor ( como depositacion de escamas solidos 0 productos de corrosion) Se pretende que haya vaporizacion al menos parcial del fluido

Un intercambiador que no presenta carcasa recta muy usado en procesos de tratamiento del gas especialmente en la regeneraci6n de aminas y en el procesamiento del gas por refrigeraci6n es el intercambiador de carcasa tipo Kettle el cual se conoce normalmente como chiller y cuya funcion es evaporar el fluido a calentar con el fin de separarlo de impurezas y luego condensar los vapores para seguir usando el fluido La figura 5 muestra un esquema de este tipo de intercambiador el cual presenta dos diferencias fundamentales con respecto al intercambiador mostrado en la figura 4 que son la forma del cuerpo 0 carcasa presenta una zona de ensanchamiento del diametro a partir del extremo frontal y luego una zona recta y el fluido a calentar va por el anular y el de calentamiento por el haz de tubos interiores EI diserio de la carcasa es con el fin de mejorar la evaporacion del fluido a calentar Los vapores que se van liberando salen por la valvula ubicada en la parte superior central de la carcasa y la porcion liquida del fluido a calentar que esta contaminado sale por la valvula de la parte inferior del extremo posterior despues de pasar el rebosadero el cual tiene como funcion garantizar que los tubos por donde va el fluido de calentamiento esten siempre cubiertos con liquido Observese que el fluido de calentamiento entra por la valvula inferior del extremo delantero recorre los tubos internos hacia el extremo posterior y se regresa para salir por la valvula superior del extremo delantero EI fluido a calentar entra por la valvula inferior de la zona de ensanchamiento de la carcasa

22 CALENTADORES

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Los caLentadores p_ueden ser tubulares 0 pirotubulares y los I2rimeros se conocen mas COm uQmen~e ~omo calentadores directos En cualquiera de los casos se aplica calor directamente s obre el fluido que se desea calentar En el calentador tubular el fluido a calentar va por un serpentin que esta rodeado por una llama 0 gases calientes de la combusti6n en el pirotubular la llama 0 los gases calientes de la combustion van por un tubo

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Se requieren materiales especiales para soportar corrosion yo temperaturas altas EI fluido esta a alta presion EI fluido contiene va pores y gases no condensables EI fluido tiene tendencia a formar escamas

Por otra parte eUluido a calentar podra ir por el anular en situaciones como las siguientes ~ ---- -- -- shy

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EI fluido no presenta problemas para la transferencia de calor ( como depositacion de escamas solidos 0 productos de corrosion) Se pretende que haya vaporizacion al menos parcial del fluido

Un intercambiador que no presenta carcasa recta muy usado en procesos de tratamiento del gas especialmente en la regeneraci6n de aminas y en el procesamiento del gas por refrigeraci6n es el intercambiador de carcasa tipo Kettle el cual se conoce normalmente como chiller y cuya funcion es evaporar el fluido a calentar con el fin de separarlo de impurezas y luego condensar los vapores para seguir usando el fluido La figura 5 muestra un esquema de este tipo de intercambiador el cual presenta dos diferencias fundamentales con respecto al intercambiador mostrado en la figura 4 que son la forma del cuerpo 0 carcasa presenta una zona de ensanchamiento del diametro a partir del extremo frontal y luego una zona recta y el fluido a calentar va por el anular y el de calentamiento por el haz de tubos interiores EI diserio de la carcasa es con el fin de mejorar la evaporacion del fluido a calentar Los vapores que se van liberando salen por la valvula ubicada en la parte superior central de la carcasa y la porcion liquida del fluido a calentar que esta contaminado sale por la valvula de la parte inferior del extremo posterior despues de pasar el rebosadero el cual tiene como funcion garantizar que los tubos por donde va el fluido de calentamiento esten siempre cubiertos con liquido Observese que el fluido de calentamiento entra por la valvula inferior del extremo delantero recorre los tubos internos hacia el extremo posterior y se regresa para salir por la valvula superior del extremo delantero EI fluido a calentar entra por la valvula inferior de la zona de ensanchamiento de la carcasa

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Los caLentadores p_ueden ser tubulares 0 pirotubulares y los I2rimeros se conocen mas COm uQmen~e ~omo calentadores directos En cualquiera de los casos se aplica calor directamente s obre el fluido que se desea calentar En el calentador tubular el fluido a calentar va por un serpentin que esta rodeado por una llama 0 gases calientes de la combusti6n en el pirotubular la llama 0 los gases calientes de la combustion van por un tubo

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Calentadores Pirotubulares r Calentadores de agua para un intercamblador Evaporadores de propan~ 0 hldrocarburos pesados Reherbldores de gllcol y ammas Generadores de vapor de baja presion

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La figura 6 muestra un esquema de un calentador directo tubular Es un recipiente que tiene en su fondo uno 0 varios quemadores donde se genera calor Dentro del recipiente va un sepertin par donde fluye el fluido que se va a calentar y esta rodeado por la llama 0 los gases calientes de la combustion originada en los quemadores Los gases de la combustion abandonan el recipiente por la chimenea

EI numero de quemadores el tamano del quemador y del serpentin al igual que el numero de vueltas de este depende del volumen de fluido a calentar en la unidad de tiempo y del incremento requerido en la temperatura

Este tipo de calentadores en manejo de gas se usan frecuentemente para calentar el gas de I bull regeneracion de una torre de deshidratacion por adsorcion

La figura 7 es un esquema de un calentador directo pirotubular el cual como se puede observar consta de los siguientes componentes basicos recipiente hogar 0 quemadero tubo de combustion y chimenea ademas posee sistemas de control y seguridad

EI hogar 0 quemadero es la parte inicial del tubo de combustion y alii se realiza esta produciendose la llama y los gases de la combustion los cuales continuan el recorrido por el tubo de combustion hasta salir por la parte final de este que es la chimenea Normalmente el tubo de combustion es de dos pasos y el segundo paso 0 retorno es comun que sea un haz de tubos de diametro mucho mas pequeno que el del tubo de combustion con el fin de mejorar la transferencia de calor hacia el fluido que se desea calentar

Tambien es comun que se tengan varios tubos de combustion trabajando en paralelo en el mismo calentador

La figura 8 muestra con mas detalle un esquema del hogar 0 quemadero y en ella se puede apreciar la linea de entrada de aire y la de combustible esta ultima al entrar al quemadero se separa en la linea para el piloto y el quemador principaL En el piloto se inicia la combustion y se continua y aumenta en el quemador principal La linea del quemador principal se une con la linea de aire y termina en una camara donde se hace la mezcla aire combustible La camara posee una serie de boquillas para atomizar la mezcla aire - combustible y hacer la combustion mas eficiente

La figura 9 muestra un diagrama mas completo de un calentador pirotubular don de se muestran ademas de sus componentes principales otros accesorios para hacer mas eficiente la combustion y controlar el funcionamiento del recipiente La linea de gas combustible antes

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Los reguladores de presion antes del quemador principal y el piloto son para garantizar que el combustible Ilegue a estos a una presion adecuada y la combustion se pueda realizar completamente en el quemadero Si la presion del combustible es alta la llama de la combustion se va a presentar mas hacia adelante en el tuba de combustion y esto afectara la transferencia de calor porque habra menos tiempo de contacto de los gases de la combustion con el fluido a calentar y como (onsecuencia los gases van a salir mas calientes por la chimenea Por otra parte si la presion de combustible es baJa la combustion se iniciara muy cerca de la salida del quemadero hacia la atmosfera y se puede tener la posibilidad de que la llama se salga del quemadero hacia la atmosfera creando el riesgo de un incendio normalmente el quemadero en su salida hacia la atmosfera posee un dispositiv~ de seguridad conocido como atrapallama el cual impide que la llama salga hacia la atmosfera porque posee un sistema de refrigeracion que Ie baJa la temperatura a la llama por debaJo de la temperatura de ignicion

EI control del calentador consta de un sensor de temperatura y una valvula Cuando el sensor detecta temperaturas por encima de un valor establecido hace cerrar un poco la valvula para reducir en algo la entrada de combustible y de esa manera generar menos calor por otra parte cuando el sensor de temperatura detecta un valor bajo de esta hace abrir un poco mas la valvula de control para aumentar la cantidad de gas quemado y el calor generado

Ademas de los componentes mostrados un calentador pirotubular posee otros sistemas de control especialmente para garantizar la seguridad en el funcionamiento del equipo Por ejemplo Se debe garantizar que el tubo de combustion siempre este cubierto por el fluido que se va a calentar los gases de combustion que salen por la chimenea deben ser incoloros y estar a una temperatura moderada en el tubo de combustion no deben presentar zonas de calentamiento excesivo la llama debe mostrar que se esta haciendo una mezcla adecuada aire - combustible y estar centrada en el tubo de combustion etc Si la llama de combustion no esta centrada pod ria estar impactando contra la pared del tubo de combustion 10 cual podria calentarla demasiado con el riesgo de fundirse EI tubo de combustion tambien podria calentarse demasiado si en su parte externa se presentan depositaciones que Impidan la transferencia de calor desde la pared extern a del tubo hacia el fluido del proceso

Como ya se dijo antes en este mismo capitulo el proceso de transferencia de calor en este tipo de calentador es mas complejo que en el caso de los intercambladores el calor se propaga desde el centro del tubo don de esta la llama 0 10 gases de la combustion hacia la pared interna del tubo por un proceso combinado de radiacion y conveccion y seria necesario en esta zona encontrar hr Y hei para luego obtener una Rp como se plantea en la ecuacion (243) y esto es proceso complejo y poco practico La referencia (1) plantea que en estos casos se encuentre el tamano del tubo de combustion usando un valor de flujo de calor a traves de la superficie extern a del tubo de combustion de acuerdo con el fluido que 10 esta rodeando por ejemplo si el fluido es agua el flujo de calor es de 10000 BTUlhrlPie2 y si es glicol 0 amina el valor es de 7500

Conociendo el flujo de calor y los requerimientos de calor el area de transferencia se calcula de

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Calentadores Pirotubulares r Calentadores de agua para un intercamblador Evaporadores de propan~ 0 hldrocarburos pesados Reherbldores de gllcol y ammas Generadores de vapor de baja presion

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La figura 6 muestra un esquema de un calentador directo tubular Es un recipiente que tiene en su fondo uno 0 varios quemadores donde se genera calor Dentro del recipiente va un sepertin par donde fluye el fluido que se va a calentar y esta rodeado por la llama 0 los gases calientes de la combustion originada en los quemadores Los gases de la combustion abandonan el recipiente por la chimenea

EI numero de quemadores el tamano del quemador y del serpentin al igual que el numero de vueltas de este depende del volumen de fluido a calentar en la unidad de tiempo y del incremento requerido en la temperatura

Este tipo de calentadores en manejo de gas se usan frecuentemente para calentar el gas de I bull regeneracion de una torre de deshidratacion por adsorcion

La figura 7 es un esquema de un calentador directo pirotubular el cual como se puede observar consta de los siguientes componentes basicos recipiente hogar 0 quemadero tubo de combustion y chimenea ademas posee sistemas de control y seguridad

EI hogar 0 quemadero es la parte inicial del tubo de combustion y alii se realiza esta produciendose la llama y los gases de la combustion los cuales continuan el recorrido por el tubo de combustion hasta salir por la parte final de este que es la chimenea Normalmente el tubo de combustion es de dos pasos y el segundo paso 0 retorno es comun que sea un haz de tubos de diametro mucho mas pequeno que el del tubo de combustion con el fin de mejorar la transferencia de calor hacia el fluido que se desea calentar

Tambien es comun que se tengan varios tubos de combustion trabajando en paralelo en el mismo calentador

La figura 8 muestra con mas detalle un esquema del hogar 0 quemadero y en ella se puede apreciar la linea de entrada de aire y la de combustible esta ultima al entrar al quemadero se separa en la linea para el piloto y el quemador principaL En el piloto se inicia la combustion y se continua y aumenta en el quemador principal La linea del quemador principal se une con la linea de aire y termina en una camara donde se hace la mezcla aire combustible La camara posee una serie de boquillas para atomizar la mezcla aire - combustible y hacer la combustion mas eficiente

La figura 9 muestra un diagrama mas completo de un calentador pirotubular don de se muestran ademas de sus componentes principales otros accesorios para hacer mas eficiente la combustion y controlar el funcionamiento del recipiente La linea de gas combustible antes

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Los reguladores de presion antes del quemador principal y el piloto son para garantizar que el combustible Ilegue a estos a una presion adecuada y la combustion se pueda realizar completamente en el quemadero Si la presion del combustible es alta la llama de la combustion se va a presentar mas hacia adelante en el tuba de combustion y esto afectara la transferencia de calor porque habra menos tiempo de contacto de los gases de la combustion con el fluido a calentar y como (onsecuencia los gases van a salir mas calientes por la chimenea Por otra parte si la presion de combustible es baJa la combustion se iniciara muy cerca de la salida del quemadero hacia la atmosfera y se puede tener la posibilidad de que la llama se salga del quemadero hacia la atmosfera creando el riesgo de un incendio normalmente el quemadero en su salida hacia la atmosfera posee un dispositiv~ de seguridad conocido como atrapallama el cual impide que la llama salga hacia la atmosfera porque posee un sistema de refrigeracion que Ie baJa la temperatura a la llama por debaJo de la temperatura de ignicion

EI control del calentador consta de un sensor de temperatura y una valvula Cuando el sensor detecta temperaturas por encima de un valor establecido hace cerrar un poco la valvula para reducir en algo la entrada de combustible y de esa manera generar menos calor por otra parte cuando el sensor de temperatura detecta un valor bajo de esta hace abrir un poco mas la valvula de control para aumentar la cantidad de gas quemado y el calor generado

Ademas de los componentes mostrados un calentador pirotubular posee otros sistemas de control especialmente para garantizar la seguridad en el funcionamiento del equipo Por ejemplo Se debe garantizar que el tubo de combustion siempre este cubierto por el fluido que se va a calentar los gases de combustion que salen por la chimenea deben ser incoloros y estar a una temperatura moderada en el tubo de combustion no deben presentar zonas de calentamiento excesivo la llama debe mostrar que se esta haciendo una mezcla adecuada aire - combustible y estar centrada en el tubo de combustion etc Si la llama de combustion no esta centrada pod ria estar impactando contra la pared del tubo de combustion 10 cual podria calentarla demasiado con el riesgo de fundirse EI tubo de combustion tambien podria calentarse demasiado si en su parte externa se presentan depositaciones que Impidan la transferencia de calor desde la pared extern a del tubo hacia el fluido del proceso

Como ya se dijo antes en este mismo capitulo el proceso de transferencia de calor en este tipo de calentador es mas complejo que en el caso de los intercambladores el calor se propaga desde el centro del tubo don de esta la llama 0 10 gases de la combustion hacia la pared interna del tubo por un proceso combinado de radiacion y conveccion y seria necesario en esta zona encontrar hr Y hei para luego obtener una Rp como se plantea en la ecuacion (243) y esto es proceso complejo y poco practico La referencia (1) plantea que en estos casos se encuentre el tamano del tubo de combustion usando un valor de flujo de calor a traves de la superficie extern a del tubo de combustion de acuerdo con el fluido que 10 esta rodeando por ejemplo si el fluido es agua el flujo de calor es de 10000 BTUlhrlPie2 y si es glicol 0 amina el valor es de 7500

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Los reguladores de presion antes del quemador principal y el piloto son para garantizar que el combustible Ilegue a estos a una presion adecuada y la combustion se pueda realizar completamente en el quemadero Si la presion del combustible es alta la llama de la combustion se va a presentar mas hacia adelante en el tuba de combustion y esto afectara la transferencia de calor porque habra menos tiempo de contacto de los gases de la combustion con el fluido a calentar y como (onsecuencia los gases van a salir mas calientes por la chimenea Por otra parte si la presion de combustible es baJa la combustion se iniciara muy cerca de la salida del quemadero hacia la atmosfera y se puede tener la posibilidad de que la llama se salga del quemadero hacia la atmosfera creando el riesgo de un incendio normalmente el quemadero en su salida hacia la atmosfera posee un dispositiv~ de seguridad conocido como atrapallama el cual impide que la llama salga hacia la atmosfera porque posee un sistema de refrigeracion que Ie baJa la temperatura a la llama por debaJo de la temperatura de ignicion

EI control del calentador consta de un sensor de temperatura y una valvula Cuando el sensor detecta temperaturas por encima de un valor establecido hace cerrar un poco la valvula para reducir en algo la entrada de combustible y de esa manera generar menos calor por otra parte cuando el sensor de temperatura detecta un valor bajo de esta hace abrir un poco mas la valvula de control para aumentar la cantidad de gas quemado y el calor generado

Ademas de los componentes mostrados un calentador pirotubular posee otros sistemas de control especialmente para garantizar la seguridad en el funcionamiento del equipo Por ejemplo Se debe garantizar que el tubo de combustion siempre este cubierto por el fluido que se va a calentar los gases de combustion que salen por la chimenea deben ser incoloros y estar a una temperatura moderada en el tubo de combustion no deben presentar zonas de calentamiento excesivo la llama debe mostrar que se esta haciendo una mezcla adecuada aire - combustible y estar centrada en el tubo de combustion etc Si la llama de combustion no esta centrada pod ria estar impactando contra la pared del tubo de combustion 10 cual podria calentarla demasiado con el riesgo de fundirse EI tubo de combustion tambien podria calentarse demasiado si en su parte externa se presentan depositaciones que Impidan la transferencia de calor desde la pared extern a del tubo hacia el fluido del proceso

Como ya se dijo antes en este mismo capitulo el proceso de transferencia de calor en este tipo de calentador es mas complejo que en el caso de los intercambladores el calor se propaga desde el centro del tubo don de esta la llama 0 10 gases de la combustion hacia la pared interna del tubo por un proceso combinado de radiacion y conveccion y seria necesario en esta zona encontrar hr Y hei para luego obtener una Rp como se plantea en la ecuacion (243) y esto es proceso complejo y poco practico La referencia (1) plantea que en estos casos se encuentre el tamano del tubo de combustion usando un valor de flujo de calor a traves de la superficie extern a del tubo de combustion de acuerdo con el fluido que 10 esta rodeando por ejemplo si el fluido es agua el flujo de calor es de 10000 BTUlhrlPie2 y si es glicol 0 amina el valor es de 7500

Conociendo el flujo de calor y los requerimientos de calor el area de transferencia se calcula de

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Los reguladores de presion antes del quemador principal y el piloto son para garantizar que el combustible Ilegue a estos a una presion adecuada y la combustion se pueda realizar completamente en el quemadero Si la presion del combustible es alta la llama de la combustion se va a presentar mas hacia adelante en el tuba de combustion y esto afectara la transferencia de calor porque habra menos tiempo de contacto de los gases de la combustion con el fluido a calentar y como (onsecuencia los gases van a salir mas calientes por la chimenea Por otra parte si la presion de combustible es baJa la combustion se iniciara muy cerca de la salida del quemadero hacia la atmosfera y se puede tener la posibilidad de que la llama se salga del quemadero hacia la atmosfera creando el riesgo de un incendio normalmente el quemadero en su salida hacia la atmosfera posee un dispositiv~ de seguridad conocido como atrapallama el cual impide que la llama salga hacia la atmosfera porque posee un sistema de refrigeracion que Ie baJa la temperatura a la llama por debaJo de la temperatura de ignicion

EI control del calentador consta de un sensor de temperatura y una valvula Cuando el sensor detecta temperaturas por encima de un valor establecido hace cerrar un poco la valvula para reducir en algo la entrada de combustible y de esa manera generar menos calor por otra parte cuando el sensor de temperatura detecta un valor bajo de esta hace abrir un poco mas la valvula de control para aumentar la cantidad de gas quemado y el calor generado

Ademas de los componentes mostrados un calentador pirotubular posee otros sistemas de control especialmente para garantizar la seguridad en el funcionamiento del equipo Por ejemplo Se debe garantizar que el tubo de combustion siempre este cubierto por el fluido que se va a calentar los gases de combustion que salen por la chimenea deben ser incoloros y estar a una temperatura moderada en el tubo de combustion no deben presentar zonas de calentamiento excesivo la llama debe mostrar que se esta haciendo una mezcla adecuada aire - combustible y estar centrada en el tubo de combustion etc Si la llama de combustion no esta centrada pod ria estar impactando contra la pared del tubo de combustion 10 cual podria calentarla demasiado con el riesgo de fundirse EI tubo de combustion tambien podria calentarse demasiado si en su parte externa se presentan depositaciones que Impidan la transferencia de calor desde la pared extern a del tubo hacia el fluido del proceso

Como ya se dijo antes en este mismo capitulo el proceso de transferencia de calor en este tipo de calentador es mas complejo que en el caso de los intercambladores el calor se propaga desde el centro del tubo don de esta la llama 0 10 gases de la combustion hacia la pared interna del tubo por un proceso combinado de radiacion y conveccion y seria necesario en esta zona encontrar hr Y hei para luego obtener una Rp como se plantea en la ecuacion (243) y esto es proceso complejo y poco practico La referencia (1) plantea que en estos casos se encuentre el tamano del tubo de combustion usando un valor de flujo de calor a traves de la superficie extern a del tubo de combustion de acuerdo con el fluido que 10 esta rodeando por ejemplo si el fluido es agua el flujo de calor es de 10000 BTUlhrlPie2 y si es glicol 0 amina el valor es de 7500

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