INDICE

1 Descripción.1.1 Que es un intercambiador de calor? 1.2 Porque utilizar intercambiadores de calor? 1.3 Que es un intercambiador de calor de tipo placas?

2. Partes del intercambiado. 2.1 Que partes conforman el intercambiador de calor de placas? 2.1.1 Bastidor 2.1.2 Conexiones 2.1.3 Pernos de amarre 2.1.4 Placa de presión 2.1.5 Placas 2.1.5.1 Placas madre 2.1.5.2 Placa de cabeza 2.1.5.3 Placa de intercambio de calor 2.1.5.3.1 placas soft 2.1.5.3.2 placas hard.

3. Aplicaciones industriales 3.1 Donde es útil utilizar un intercambiador de calor de placas? 3.1.1 Industria alimenticia 3.1.1.1 Industria lechera 3.1.2 Industria Quimica y Petroquimica 3.1.3 Industria del aire acondicionado 3.1.4 Calefaccion y energía solar 3.1.5 industria Marina.

4 Materiales de fabricación 4.1 Bastidor y estructuras.

4.1.1 Aceros Inoxidables martesiticos

4.1.2 Aceros Inoxidables ferriticos.

4.1.3 Acero Inoxidable Austeniticos

4.1.4 Selección del Acero

4.2 Placas.

4.3 Juntas.

5 Ventajas.

6. BIBLIOGRAFIA

Intercambiador de calor de placas

1. Descripción

1.1 Que es un intercambiador de Calor?

Los intercambiadores de calor son aparatos que facilitan el intercambio de calor

entre dos fluidos que se encuentran a temperaturas diferentes y evitan al mismo

tiempo que se mezclen entre sí.

1.2 Porque utilizar intercambiadores de calor?

La transmisión de calor es necesaria en los procesos industriales actuales,

mediante esta transmisión se consiguen ahorros energéticos y máximo

aprovechamiento de la energía ya disponible en el sistema.

1.3 Que es un intercambiador de calor de tipo placas?

El intercambiador de calor de placas está constituido por un paquete de placas

metálicas corrugadas mediante un proceso de estampación en frío, soportadas

entre sí mediante un bastidor compuesto por una parte fija y otra móvil, el cual

posibilita el ajuste y asegura el sellamiento entre los fluidos. El paquete de placas,

que constituye la superficie de intercambio, forma un sistema de canales de flujos

paralelos, en donde los fluidos circulan en contracorriente atravesando canales

alternativos con el objeto de provocar un alto coeficiente de transmisión de calor.

La corrugación de la placa hace aumentar la superficie de intercambio, a la vez

que provoca una gran turbulencia de los fluidos, lo cual confiere una gran rigidez

mecánica, que posibilita la utilización de menos espesor, reduciendo al mínimo su

resistencia al intercambio térmico y pudiendo soportar presiones de trabajo

elevadas debido a los múltiples puntos de contacto entre las placas.

2. Partes del intercambiado

2.1 Que partes conforman el intercambiador de calor de placas?

El intercambiador de calor de placas está conformado por varias partes entre las

que tenemos

2.1.1 Bastidor: Es una placa fija de acero con varios orificios para la conexión del

sistema de tuberías a esta se unen la barra sustentadora y la barra guía.

Normalmente está construido de aleaciones de acero al carbón para darle buena

rigidez y duración y lleva una capa de pintura base epoxi para hacerla resistente

a la corrosión ya que normalmente en la industria los intercambiadores se

encuentran ubicados en lugares muy agrestes.

Existen diferentes tipos de bastidores los cuales se diferencias por el tipo de

construcción y por los materiales utilizados para su fabricación. Entre los que

tenemos de tipo N, S, T.

2.1.2 Conexiones: los orificios de conexión que atraviesan la placa del bastidor

permiten la entrada o salida del fluido desde el intercambiador de calor, se

pueden utilizar diferentes tipos de conexiones para unir el sistema de

tuberías al aparato. La elección de los materiales para la fabricación de las

conexiones o de sus revestimientos se hace en base a su resistencia a la

corrosión frente a los fluidos del proceso. Por ejemplo si se trata de un

medio muy agresivo se requieren de aleaciones y materiales más

resistentes para la conexión. En la siguiente figura se indica la

nomenclatura de las posiciones de conexiones

2.1.3 Pernos de amarre: cumplen la misión de sujetar el conjunto de las placas

de tal manera que se produzca un cierre hermético. Su función es

comprimir el conjunto de placas entre el bastidor y la placa de presión.

Están construidos de acero al carbón, tienen una gran longitud de hilo para

ajustar las tuercas de sujeción. Su ajuste se logra midiendo la longitud que

existe entre las dos placas madre con una secuencia especificada por el

fabricante.

Es importante no intercambiar las tuercas de sujeción para evitar daños en

los hilos por donde se desplaza la tuerca además de esto es importante

medir el largo total de los pernos sin carga para poder calcular su fatiga, por

ejemplo cuando se han elongado en más de lo especificado por el

fabricante se dice que el perno esta fatigados y nunca lograremos un

ajuste de presión ideal.

Procedimiento de desensamble: Para abrir el intercambiador, es necesario

desconectar todas las conexiones y realizar una lubricación de todos los

tornillos antes de realizar el desmontaje, a continuación se aflojan

completamente y se retiran todos los tornillos excepto los indicados por un

"círculo relleno" en la figura 26b para el tamaño de la unidad en cuestión.

Los cuatro tornillos (4) restantes pueden entonces ser aflojados en

cualquier secuencia hasta que puedan ser liberados.

Procedimiento de ensamble: la figura 26a da la secuencia de ajuste para

los pernos, el ajustes se realiza siguiendo la secuencia de los números, se

debe tener cuidado de apretar uniformemente para evitar daños en las

placas y en los empaques.

2.1.4 Placa de presión: Su función es mantener las placas anidas al bastidor

con ayuda de los pernos de sujeción esta se desplaza horizontalmente al

deslizarse por la barra sustentadora y la barra guía. Al igual que el bastidor

la placa de presión tiene orificios para realizar las conexiones con la

tubería. cuando se requiere realizar trabajos de mantenimiento la placa

de presión se puede desplazar y así permite el acceso fácil a las superficies

de transferencia de calor.

2.1.5 Placas: Estas placas son las encargadas de transmitir el calor de una a

otro medio. Es el lugar en el IC en donde se realiza la transferencia de

calor, por tal motivo es la parte principal de un intercambiador. El conjunto

de placas está formado por placas madre, placa de cabeza, placas de

intercambio de calor, Todas las placas de intercambio de calor se

componen de zonas bien diferenciadas.

2.1.5.1Placas madres: su objetivo es resistir las deformaciones producto de la

acción del calor al que está sometido el conjunto de placas, además suministra

una excelente superficie de apoyo indeformable a la empaquetadura que la une

con el conjunto de placas de intercambiadoras de calor, se le conoce con el

nombre también de placa terminal. Está instalada en el extremo terminal del

intercambiador de calor y es de espesor más grueso que las placas de

transferencia de calor.

2.1.5.2 Placa de cabeza: esta placa permite la entrada y la salida del líquido

caliente y del líquido utilizado como refrigerante. Se reconoce por ser la placa más

gruesa instalada en el extremo por donde ingresa el líquido al intercambiador, está

formada además por cuatro orificios una entrada y una salida del líquido a enfriar y

una entrada y una salida del líquido utilizado como refrigerante.

2.1.5.3 Placa de intercambio de calor: Es una placa que recibe el líquido

refrigerante por un lado y por el otro tiene contacto con el líquido a refrigerar su

posición y orden durante el armando es importante para lograr este objetivo, razón

por la cual el desarmar el paquete de placas se debe tener cuidado en mantener

su orden. Su construcción es de espesor delgado con una preforma que entrega

una turbulencia requerida para evitar tener una buena transferencia de calor.

Cada uno de los intercambiadores de calor de placas está diseñado

específicamente para condiciones de servicio requeridos, por lo tanto la

disposición de las placas y los respectivos recorridos de los fluidos a través del

intercambiador varía en cada aparato.

Las corrugaciones de una placa es el lugar por la cual circula el fluido en capas de

muy bajo espesor y con gran turbulencia lo que origina una alta transferencia de

calor, Pese a que el tipo de corrugación de las placas de los IC de placas puede

ser casi cualquiera los más comúnmente encontrados son los corrugados tipo H,

W, Y, Z, V, F.

Dependiente de los ángulos que tengan las corrugaciones las placas se

clasifican en suaves, medias y duras.

2.1.5.3.1 Placas Suaves o soft: se caracterizan por tener bajos coeficientes de

transferencia y pequeñas pérdidas de carga. Las placas soft se caracterizan por

tener un diseño de ángulos superiores a los 60 grados en la dirección del flujo

(chevrons) que ofrecen menos resistencia al flujo de fluidos.

2.1.5.3.2 Placas duras o hard: se caracterizan por tener coeficientes de

transferencia de calor más altos con mayores pérdidas por fricción. Son de una

geometría más compleja con corrugaciones trasversales o diagonales a la

dirección del flujo lo que origina mayor turbulencia pues son más largas y

estrechas y tienen corrugaciones más profundas. También tienen una menor

separación entre placas.

Como lo mencionamos anteriormente dependiendo del tipo de placas se va a

generar un flujo turbulento en mayor o menor medida el cual tiene como función

romper la película limite adherida a la superfie de transferencia dando altos

coeficientes de convección y un bajo nivel de ensuciamiento.

2.1.6 Juntas o empaques: El propósito de las juntas es evitar que se mezclen los

fluidos o se produzcan fugas hacia el exterior, también tienen como propósito

direccionar los fluidos en sus canales alternado frio y caliente. El material en el

que están fabricadas las juntas está relacionado con la presiones la temperatura y

las características fisicoquímicas de los fluidos. Cada placa de intercambio viene

provista por dos juntas anulares y una junta de campo. En la zona donde se

encuentra el detector de fugas las juntas presentan una muesca cuya misión es

facilitar la fuga al exterior de los fluidos en caso de fallar la junta diagonal o una de

las juntas anulares en la parte interna de la placa.

La fijación de las juntas a las placas se puede hacer mediante dos métodos.

Método de fijación con adhesivo: este método se recomienda para equipos que

soportan altas presiones en su interior y fluidos altamente corrosivos. En la cuna o

lugar en donde encaja la junta se aplica una capa de adhesivo uniforme, este

método es muy recomendado para IC que requieren ser abiertos muy

frecuentemente por motivos de limpieza.

Método de fijación mecánica: la fijación mecánica se realiza en diversos puntos de

las placas del intercambiador y el número de puntos de sujeción varía con el

tamaño de la placa. La sujeción se realiza mediante la introducción de lengüetas

en los agujeros previstos para este fin en los bordes de las placas.

Como funciona un intercambiador de calor de placas?

En un intercambiador de calor de placas el calor se transfiere del líquido más

caliente al más frio través de delgadas placas de metal conocidas como placas de

trasferencia que han sido prensadas dentro de un patrón especial. Cuando se

realiza el prensado de un conjunto de placas los orificios de las esquinas forman

múltiples conjuntos que conducen el líquido frio y el caliente a los pasos entre las

placas, debido a la disposición de las empaquetaduras o juntas en las placas el

líquido caliente entre a las placas pares y el líquido frio ingresa a las placas

impares y los dos líquidos fluyen en dirección opuesta.

Cuando se produce un intercambio de calor este se encuentra con varias

resistencias térmicas se oponen al paso de calor, en nuestro intercambiador de

calor estas resistencias son.

Resistencia debido a la película del fluido caliente que se adhiere a las paredes

del intercambiador.

Resistencia debido al material de fabricación de las placas

Resistencia debido a la incrustación en los equipos o suciedad.

La resistencia debido a incrustaciones en los equipos se puede minimizar

realizando limpieza de las placas, una vez las placas se encuentren desmontadas

pueden ser limpiadas mediante chorros de vapor o agua, los cepillos de acero

inoxidable o de plástico pueden ser utilizados como una herramienta de ayuda en

el proceso de limpieza aunque se debe tener mucho cuidado de no rayar la

superficie de las placas. Otra alternativas es realizar una limpieza química

mediante baños por inmersión en sustancias químicas pero se debe verificar antes

de realizar este procedimiento que el agente de limpieza no atacara químicamente

el material de las placas.

3. APLICACIONES INDUSTRIALES

3.1Donde es útil utilizar un intercambiador de calor de placas?

3.1.1Industria alimentaria: Enfriamiento, termización y pasteurización de leche,

zumos, bebidas carbonatadas, salsas, vinagres, vino, jarabe de azúcar, aceite,

etc.

3.1.1.1 industrias lechera: Intercambiador de calor de placas en la industria

lechera es uno de los mas utilizados en nuestra industria por tal motivo vamos a

realizar una explicacion mas a detalle de este. Los intercambiadores de calor de

placas se usan en la industria lechera en variedad de aplicaciones de

calentamiento y refrigeracion. Para la aplicaciones de calentamiento se suele

utilizar vapor como medios primarios pues se controlan facilmente y su excelente

cualidad para transportar calor permite dimensionar al minimo las tuberias y el

intercambiador. Una valvula de control de temperatura ajusta constantemente el

caudal y presion del vapor para asi lograr que el producto que sale del

intercambiador este siempre a una temperatura correcta. Es importante tener en

cuenta que cuando el vapor sede su calor se produce una condensacion esta

condensacion se debe desalojar del intercambiador de calor para poder tener una

buena trasnferencia de calor.

El desalojo del la condensacion se realiza con ayuda de una unidad

bomba/purgador de esta manera se asegura que el condensado se desaloje del

intercambiador.

3.1.2 Industria química y petroquímica: producción de combustibles, etanol,

biodiesel, disolventes, pinturas, pasta de papel, aceites industriales, plantas de

cogeneración, etc.

3.1.3 Industria del Aire acondicionado: cualquier proceso que implique

enfriamiento o calentamiento de los gases.

3.1.4 Calefacción y Energía Solar: producción de agua caliente sanitaria,

calentamiento de piscinas, producción de agua caliente mediante paneles solares,

etc.

3.1.5 Industria marina: enfriadores de agua de refrigeración de los motores,

enfriadores de aceite. Cabe destacar que el material de las placas para poder

resistir el poder de corrosión del agua del mar es el Titanio, de menor peso que el

acero inoxidable y resistente a la corrosión del agua salina.

4 Materiales de fabricacion. Los diversos materiales de construccion utilizados

en la fabricacion de un intercambiador de calor de placas depende de la

industria en la que se va a utilizar y el fabricante del intercambiador. Por tanto

aremos un recuento de los materiales mas utilizados en cada una de las partes

principales de in intercambiador de calor de placas.

4.1 Bastidor y estructuras: En la fabricacion de los bastidores se utiliza

comunmente aceros inoxidables de los cuales los mas utilizados en la fabricacion

del bastidor y las estructuras primarias son:

4.1.1 ACEROS INOXIDABLES MARTENSÍTICOS: Los Martensíticos son

esencialmente aleaciones de cromo y carbono. El contenido de cromo es

generalmente de 10.5 a 18% y el de carbono es alto, alcanzando valores

de hasta 1.2%. Representan una porción de la serie 400, sus

características son:

Moderada resistencia a la corrosión

Endurecibles por tratamiento térmico y por lo tanto se pueden

desarrollar altos niveles de resistencia mecánica y dureza.

Son magnéticos.

Debido al alto contenido de carbono y a la naturaleza de su

dureza, es de pobre soldabilidad.

4.1.2 ACEROS INOXIDABLES FERRÍTICOS: Los Ferríticos son esencialmente

aleaciones con cromo. El contenido de cromo es usualmente de 10.5 a

30%, pero contenidos limitados de carbono del orden de 0.08%. Algunos

grados pueden contener molibdeno, silicio, aluminio, titanio y niobio que

promueven diferentes características.

Usualmente se les aplica un tratamiento de recocido con lo que obtienen

mayor suavidad, ductilidad y resistencia a la corrosión

Su soldabilidad es pobre por lo que generalmente se eliminan las

uniones por soldadura a calibres delgados

Resistencia a la corrosión de moderada a buena.

Son magnéticos.

4.1.3 ACEROS INOXIDABLES AUSTENÍTICOS: Los Ausenticos se obtienen

adicionando elementos formadores de austenita, tales como níquel,

manganeso y nitrógeno. El contenido de cromo generalmente varía del 16

al 26% y su contenido de carbono es del rango de 0.03 al 0.08%. sus

propiedades son

Excelente resistencia a la corrosión.

Endurecidos por trabajo en frío y no por tratamiento térmico.

Excelente soldabilidad.

Excelente factor de higiene y limpieza.

Formado sencillo y de fácil transformación.

Tienen la habilidad de ser funcionales en temperaturas

4.1.4 SELECCIÓN DE ACEROS INOXIDABLES: La selección del tipo de acero

inoxidable adecuado, requiere una evaluación basada en las siguientes

características. Se listan en orden de importancia:

Resistencia a la corrosión y a la oxidación a altas temperaturas; Es la principal

razón para seleccionar aceros inoxidables. El diseñador debe conocer el medio

bajo el cual será sometido el material.

Propiedades mecánicas; la resistencia mecánica a bajas y altas temperaturas

es muy importante. Generalmente la combinación de resistencia a la corrosión

y mecánica, es la base para la selección.

Características de transformación del producto. Cómo se fabrica el producto,

es la tercera consideración, incluyendo todos los procesos a los que será

sometido el material.

Costo total; un análisis del Costo del ciclo de vida es recomendable, así

podremos evaluar no solo los costos del material, sino también aquellos

relativos al mantenimiento, reemplazo, vida en servicio, etc.

Disponibilidad. Finalmente es necesario tomar en cuenta la disponibilidad del

material

4.2 Las placas: Las placas se pueden fabricar de distintos materiales como acero

al carbono, cobre y sus aleaciones, Aluminio, Titanio puro, Aceros inoxidables,

aleaciones de níquel o níquel molibdeno y otros metales nobles. El material de

las placas debe ser fácil de estampar en frío. Ciertas aleaciones de cromo

zirconio y titanio son difíciles de deformar y no se utiliza en la construcción de

intercambiadores de placas. El espesor del material de las placas es general

mente entre 0.5 y 1.2 mm. Dado que el espesor de placas debe ser muy

delgado, se utilizan por general materiales resistentes a la corrosión. Por tal

motivo el acero al carbón común raramente se emplea en la construcción de

estos equipos y se suele utilizar el acero inoxidable como calidad mínima.

4.3Las juntas: Para las juntas de los intercambiadores de placas se utilizan

materiales elásticos como caucho natural, SRB (estireno butadieno), caucho nitrilo

(acrilonitrilo butadieno), butilo (un copolimero de isobutileno e isopreno) silicona o

elastómeros como neopreno, hypalon o vitón. A veces se emplean juntas de

amianto comprimida para aplicaciones de alta temperatura. Los materiales

plásticos del tipo PTFE (teflón o fluon). Lamentablemente no son apropiados para

la construcción de juntas debido a que tienen una baja recuperación elástica. La

selección de materiales para la elaboración de juntas de los intercambiadores de

placas es de gran importancia dado que son las juntas las que limitan la

temperatura máxima de operación del equipo.

5. Ventajas

Diseño compacto: El Intercambiador de Placas es ligero y utiliza un espacio muy

limitado, por lo que es fácil de transportar, manipular e instalar.

Alta eficiencia en la transferencia de calor: El flujo dentro del intercambiador

trabaja en direcciones opuestas para una mayor eficiencia en la transferencia de

calor.

No hay contaminación cruzada: Los conductos interiores están aislados

individualmente, y los espacios entre ellos son huecos con ventilación exterior, por

lo que no hay contaminación cruzada del fluido.

Bajo volumen de retención: Gracias a su diseño el Intercambiador proporciona

tiempos de respuesta cortos y permite un control de proceso muy preciso.

Acumulación de suciedad al mínimo: El flujo constante y turbulento del fluido

produce un efecto depurador que minimiza la acumulación de suciedad.

Mantenimiento fácil: Gracias a su diseño, el Intercambiador de Placas puede

abrirse fácilmente para realizar el mantenimiento. No es necesario quitar la tubería

para abrir la unidad.

Versatilidad: Se pueden operar con múltiples secciones de placas con divisiones.

Expansibilidad: Para expandir la capacidad del Intercambiador de Placas, solo es

necesario quitar los tornillos de compresión y agregar las placas necesarias.

Ahorro de agua: El Intercambiador de Placas economiza el agua de enfriamiento

y puede trabajar incluso con agua de baja calidad.

Mayor eficiencia en el intercambio de calor: El Intercambiador de Placas

necesita menos área de trabajo que un intercambiador de "casco y tubos".

6. BIBLIOGRAFIA.

Yunus A. Cengel, M. A. (n.d.). Termodinámica. Mc Graw Hill

Frank P. Incropera, David P. DeWitt Fundamentos de transferencia de calor

http://www.spiraxsarco.com/es/pdfs/SB/gcm-10.pdf

http://www.exonder.it/scambiotermico.it/PDF/API_SIGMA.pdf

http://es.slideshare.net/LuisPalleros/presentacin-intercambiador-de-calor

http://todoproductividad.blogspot.com/2009/03/errores-de-diseno-en-los.html

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de-calor.html

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Bengt Sundén, R. M. Manglik, Plate Heat Exchangers. witpress

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431102001953