Intercambiadores de calor

ESCUELA TECNOLOGICA - Av. Bulnes N 01855, Casilla 113-D Punta Arenas - Telfonos 207019 207049 207921 JAIME VARGAS

TECNICO EN MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

INTERCAMBIADORES DE CALOR

La Energa calrica se mide en BTU, Kcal, J y la temperatura en C, F, K o R

CONCEPTOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

La energa calrica esta relacionada con el movimiento de las molculas,que se mueven al azar chocando entre ellas.( Energa cintica )

La Energa Calrica siempre ser transferida entre objetos o sustancias siempre ycuando exista una diferencia de temperatura entre ellos y desde el ms caliente al ms fro

Temperatura es la medida del nivel de actividad molecular que tiene un cuerpo o sustancia. Es el efecto de la absorcin de calor o de la liberacin de calor de un cuerpo, si ms calor absorbe su temperatura subir. Si libera calor su temperatura bajar.

La cantidad de energa calrica de un objeto o sustancia depende de la cantidad de masapresente y de su temperatura. ( Ej de los vasos con agua calentandose )



FORMAS DE TRANSFERIR CALOR

CONDUCCIN : El Proceso mediante el cual el calor viaja a travs del contacto de las molculas de una sustancia es llamado conduccin y el material a travs del cual pasa se denomina conductor




CONVECCIN : Es la transferencia de calor de una masa de un fluido de un lugar a otro,desde un rea ms caliente al rea ms fra.




CONVECCIN NATURAL : Ocurre cundo la diferencia de densidad del fluido, debido a diferencias de temperatura se produce una circulacin de las masas del fluido.

El fluido ms denso baja ( parte fra ) El fluido menos denso sube ( parte ms caliente)

CONVECCIN FORZADA : Ocurre cuando el movimiento del fluido es originado por un medio externo, como ventilador, bomba, etc.




RADIACIN : Transferencia de energa calrica a travs de movimientos de ondas calricas hasta llegar a un receptor.

La energa radiante viaja en ondas igual que la luz, con la diferencia que la luz se ve y el calor se siente.

Los 4 factores que determinan el grado de transferencia de calor por radiacin son :

1.- La temperatura de la fuente de calor

2.- La distancia entre la fuente de calor y el objeto que recibe al calor

3.- El tipo de superficie de absorcin

4.- El rea o superficie del objeto que recibe el calor



Conveccin : el agua calentada por la estufa asciende mientras el agua ms fra desciende

Conduccin : el calor se desplaza delextremo caliente al extremo fro de lavarilla. Radiacin : el calor atraviesa el espacio en

forma de rayos infrarojos.

Tipos de Transferencia de Calor



TRANSFERENCIA DE CALOR A TRAVS DE TUBOS

Flijo Laminar : Fluido que fluye con linea suavesBaja velocidad de fluho

Flijo Turbulento: Fluido que se mezcla completoAlta velocidad de flujo

Cuando la temperatura de un fluido, que pasa por el interior de un tubo, es diferente de laatmsfera exterior, el calor fluir a travs de las paredes del tubo y la cantidad de calorque fluya depender del tipo de material, espesor de las paredes y diferencias de latemperatura entre el interior y exterior.




Cuando las molculas rozan unas con otras producen friccin y causa una resistencia a fluir, lo quetiende a detener el flujo.Esto mismo ocurre entre el fluido y la pared, flujo no turbulento, se crea un film (pelcula casi esttica).

Si el calor fluye desde el exterior al interior :

El calor se transfiere a travs de la pared del tubo por CONDUCCION, luego pasa por el la pelcula esttica tambien por CONDUCCION y finalmente a la masa del fluido por CONVECCION




Fluidos por ambos lados de un tubo

Si el calor se transfiere desde el exterioral interior ocasionar que el del exteriorse enfrie y el interior se caliente.

La velocidad a la que ocurra la transferencia de calor depender de losfactores que mencionamos sobre la CONDUCCION y CONVECCIN



Y en cualquier equipo de transferencia de calor, el calor transferido por 2 fluidos se puedeestimar de acuerdo a la siguiente ecuacin :

Q =Calor

Transferido

AArea o Superficie

expuesta a laTransf de calor

UResistencia a laTransf de calor

(coeficiente)

DT Diferencia deTemperaturade los fluidos

X X

QUE ES UN INTERCAMBIADOR DE CALOR ?

Equipo que permite que 2 fluidos a diferentes temperatura se transfieran calor

La caracterstica de este Equipo es que tiene diversos arreglos y elementos mecnicos .



El propsito fundamental del intercambiador de calor es enfriar los lquidos o gases de proceso de la planta, para que se adecuen a su posterior procesamiento.

Los intercambiadores de calor son frecuentemente designados segn su funcin en el proceso, es decir se puede hablar principalmente de :

Enfriador : Se refiere al equipo en el que el objetivo es solamente bajarle la temperatura a un fluido.

Calentador : Equipo en el que el objetivo es solamente subirle latemperatura a un fluido.

Condensador : Equipo en el que el objetivo es condensar ( total o parcialmente una corriente en estado vapor)

Hervidor : Equipo en el que el objetivo es vaporizar ( total o parcial) una corriente lquida.

Intercambiador de Calor : Equipo en el cual se aprovecha el contenido calrico de una corriente para calentar otra.Es decir doble funcin, calienta un fluido fro y con otro que se enfra. Nada del calor de transferencia se pierde.



Adems existen :

Supercalentador : Calienta el vapor sobre la temperatura de saturacin

Reboiler: Es un hervidor que se utiliza en sistemas de destilacincon circulacin forzada

Generadores : Son hervidores que utilizan un calor de alto nivel devapor energtico.



Intercambiador de Tubos y Carcaza

Es el tipo ms usado en la Industria de Procesos y se puede utilizar para cualquiera de las funciones mencionadas antes.

Existen una amplia gama de arreglos mecnicos, dependiendo de la aplicacin especfica



Salida de agua caliente

Entrada de agua fria

Entrada de Gas Frio

Salida de Gas Caliente

ELEMENTOS CONSTITUYENTES



FLUIDOS LADO

CARCASA

FLUIDOS LADO TUBOS

Haz de tubos



Los tubos es el manojo de conductos delgados dentro de la carcasa que transporta a unode los fluidos que intercambian calor. Los tubos de los intercambiadores de calor estnhechos de distintos metales, como el acero, cobre, bronce, acero inoxidable, y aluminioy otros.

Haz de tubos De acuerdo a ecuacin de transferencia de calor, mientras mayor sea el rea de intercambiomayor ser el calor transferido.

Debido a esto se confeccionan paquetes de tubos para aumentar el res.Adems existen tubos que tienen aletas para agregar ms rea de intercambio.



Placa de tubos ( Tubesheet )

Placa-porta tubos es una plancha metlica perforada, de modo que uno o los extremos de los tubos queden fijos a ella y permite que los fluidos queden separados



soldado

Placa de Tubos

Carcasa

Placa de tubos ( Tubesheet ) Unin de tubos : Corresponde a la conexin entre cada uno de los tubos y la placa

Las ms utilizadas son la unin soldada y el expandido del tubo ( o una combinacin)

Unin soldada, requiere ms espacio entre tubos y es ms caro, pero logra hermeticidad

Expandido, es menos costoso, pero se adelgaza la pared del tubo lo que es un riesgo



EXPANDIDO

Deflectores ( Baffles )

Los Deflectores, baffles o pantallas transversales son placas metlica, cumplen fundamentalmente

Soportar el peso de los tubos a lo largo del haz.

Dirigir al fluido perpendicularmente a los tubos para aumentar la velocidad y aumentarla transferencia de calor.



DEFLECTORES

Cabezales Corresponde a las tapas de un intercambiador que permiten cubrir la placa porta tubosy permitir el ingreso del fluido que circula por los tubos.



Placa particin cabezal Placa particin cabezal

4 PASOS

2 PASOS

CabezalCabezal

Cabezales Tipos de cabezales utilizados en intercambiadores de calor



Carcasa Es la cubierta cilndrica del intercambiador en la que calzan las dems partes del equipo.



Intercambiador tipo Kettle



Intercambiador de tubos en U



CarcasaConexiones

Empaquetadura

Deflectores

Intercambiadores de placas

Consisten en un conjunto de placas de metlicas comprimidas( con poca separacin entre ellas)unidas mediante una estructura exterior, alineadas en un marco y aseguradas entre cubiertaspor medios de unas barras separadoras y pernos de compresin.

Un delgada empaquetadura sella los contornos por donde fluye el fluido.

Las placas con corrugadas lo que crea una gran turbulencia al fluido, dicha turbulencia ayuda a aumentar la transferencia de calor.



Altamente eficientes, los coeficientes detransferencia son mayores que los tubos ycarcazas, po la mayor turbulencia.Adems se consigue flujo en contracorrientecasi perfecto.Facil de realizar su mantenimiento.

Limitaciones: fluidos viscosos, alta perdidade carga al circular, no soportan altaspresiones , la mxima presin de operacines 15 Kg/cm2 app.Los sellos estn limitados por las Temptambin .

Intercambiadores de placas



Aero Enfriadores

Son del tipo Enfriadores/Condensadores, que utilizan para su funcin de enfriar el aireatmosfrico como fluido fro.

Este tipo de enfriadores/condensadores se consideran como alternativa donde el agua deenfriamiento es escasa y/o cara, o donde las condiciones climticas lo hacen ventajoso.



Tiro Inducido Tiro Forzado

VARIABLES DE OPERACION Y MONITOREO Las variables a monitorear en un intercambiador para asegurar el adecuadocomportamiento y diagnosticar probables fallas son :

Temperatura : Cualquier cambio inesperado en las temperatura de salida delos fluidos, puede significar operacin deficiente o una probable falla en el equipo.

Presin : El monitoreo de la cada de presin de cada uno de los fluidos atravs del equipo es lo ms importante. Ya que puede dar indicios de una fugainterna o desprendimiento mecnico de un componente interno, o unensuciamiento excesivo de los tubos o carcasa.

Flujo : Un flujo excesivo de alguno de los fluidos puede causardesprendimiento de los elementos internos producto de la alta velocidad, o causarerosin en los tubos o carcasa. Un flujo demasiado bajo puede causarensuciamiento o depsitos, en casos donde el fluido trae slidos en suspensin opuede causar recalentamiento de algunos de los sectores del equipo si la bajavelocidad es del fluido que retira el calor del otro fluido.

Calidad(Composicin) : La composicin de las corrientes del intercambiador esimportante conocer y en especial para chequear alguna probable fuga.



Existen varias reas clave que son importantes para la mximaeficiencia en la transferencia de calor.

Mantener en un mnimo la cascarilla, suciedad, corrosin y placamicrobiana, tanto en el lado de carcasa como de los tubos.

Para los intercambiadores de agua de enfriamiento, se debemantener el mximo flujo de agua a travs del intercambiador, el aoentero. Una buena velocidad de flujo ayuda a mantener la limpieza.

Realizar inspecciones visuales internas cada vez que sea posible.

Monitorear la diferencia terminal del agua de enfriamiento de manerarutinaria.

QU SE DEBE HACER PARA QUE UN INTERCAMBIADORFUNCIONE CORRECTAMENTE?



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