Se clasifican por el nmero de veces que pasa el fluido por la coraza y por el nmero de veces que pasa el fluido por los tubos. De los diversos tipos de intercambiadores de calor este es el mas utilizado en las refineras y plantas qumicas debido a que: a Proporciona flujos de calor elevados en relacin con su peso y volumen, b Es relativamente fcil de construir en una gran variedad de tamaos, c Es bastante fcil de limpiar y de reparar y d Es verstil y puede ser diseado para cumplir.
Los tubos son los componentes fundamentales, proporcionando la superficie de transferencia de calor entre el fluido que circula por el interior de los tubos, y la carcasa. Los tubos pueden ser completos o soldados y generalmente estn hechos de cobre o aleaciones de acero. Otras aleaciones de nquel, titanio o aluminio pueden ser requeridas para aplicaciones especficas. Los tubos pueden ser desnudos o aletados. Las superficies extendidas se usan cuando uno de los fluidos tiene un coeficiente de transferencia de calor mucho menor que el otro fluido.
Los tubos doblemente aletados pueden mejorar an ms la eficiencia. Las aletas proveen de dos a cuatro veces el rea de transferencia de calor que proporcionara el tubo desnudo. Generalmente los pasos por los tubos oscilan entre 1 y 8. En la mayora de los intercambiadores, la relacin entre el espaciamiento entre tubos y el dimetro exterior del tubo vara entre 1,25 y 2. Los tubos se mantienen en su lugar al ser insertados dentro de agujeros en la placa tubular, fijndose mediante expansin o soldadura.
La placa tubular es generalmente una placa de metal sencilla que ha sido taladrada para albergar a los tubos en el patrn deseado , las empacaduras y los pernos. En el caso de que se requiera una proteccin extra de las fugas puede utilizarse una doble placa tubular.
El espacio entre las placas tubulares debe estar abierto a la atmsfera para que cualquier fuga pueda ser detectada con rapidez. Para aplicaciones ms peligrosas puede usare una placa tubular triple, sellos gaseosos e incluso un sistema de recirculacin de las fugas. La placa tubular adems de sus requerimientos mecnicos debe ser capaz de soportar el ataque corrosivo de ambos fluidos del intercambiador y debe ser compatible electroqumicamente con el material de los tubos. A veces se construyen de acero de bajo carbono cubierto metalrgicamente por una aleacin resistente a la corrosin.
Hay dos tipos de deflectores, transversales y longitudinales. El propsito de los deflectores longitudinales es controlar la direccin general del flujo del lado de la carcasa. Por ejemplo, las carcasas tipo F, G y H tienen deflectores longitudinales. Los deflectores transversales tienen dos funciones, la ms importante es la de mantener a los tubos en la posicin adecuada durante la operacin y evita la vibracin producida por los vrtices inducidos por el flujo.
En segundo lugar ellos guan al fluido del lado de la carcasa para acercarse en lo posible a las caractersticas del flujo cruzado. El tipo de reflector ms comn es el simple segmentado. El segmento cortado debe ser inferior a la mitad del dimetro para asegurar que deflectores adyacentes se solapen en al menos una fila completa de tubos. Para flujos de lquidos en el lado de la carcasa el corte del deflector generalmente es del 20 a 25 por ciento; para flujos de gas a baja presin de 40 a 45 por ciento, con el objetivo de minimizar la cada de presin.
La carcasa es la envolvente del segundo fluido, y las boquillas son los puertos de entrada y salida. La carcasa generalmente es de seccin circular y esta hecha de una placa de acero conformado en forma cilndrica y soldado longitudinalmente.
En intercambiadores grandes la carcasa esta hecha de acero de bajo carbono siempre que sea posible por razones de economa aunque tambin pueden usarse otras aleaciones cuando la corrosin o las altas temperaturas as lo requieran. La boquilla de entrada suele tener una placa justo debajo de ella para evitar que la corriente choque directamente a alta velocidad en el tope del haz de tubos.
Se impacto puede causar erosin, cavilacin, y vibraciones. Los canales y las boquillas simplemente dirigen el flujo del fluido del lado de los tubos hacia el interior o exterior de los tubos del intercambiador. Como el fluido del lado de los tubos es generalmente el ms corrosivo, estos canales y boquillas suelen ser hechos de materiales aleados compatibles con la placa tubular. Deben ser revestidos en lugar de aleaciones slidas.
Las cubiertas de canal son placas redondas que estn atornilladas a los bordes del canal y pueden ser removidos para inspeccionar los tubos sin perturbar el arreglo de los tubos. En pequeos intercambiadores suelen ser usados cabezales con boquillas laterales en lugar de canales y cubiertas de canales.
Los intercambiadores de calor de carcaza y tubos se clasifican en tres tipos de acuerdo a los estndares generales que contienen informacin sobre diseo, fabricacin y materiales de construccin del equipo. Se caracterizan por tener dos placas de tubos soldadas a la carcaza, el interior de los tubos se puede limpiar mecnicamente despus de remover la tapa del canal. El banco de tubos no se puede extraer y su limpieza exterior se debe realizar qumicamente.
Se utiliza para fluidos limpios, por el lado de la carcaza. No presentan uniones internas por lo cual se elimina partes potenciales de fugas, los tubos internos se pueden colocar muy cerca de la cara interna de la carcaza y por lo tanto el numero de tubos para un determinado dimetro es mayor que para cualquier otro tipo de intercambiador.
Se puede usar para altas presiones y fluidos txicos. La combinacin de temperaturas y coeficientes de expansin de la carcaza y los tubos durante el servicio causan una expansin diferencial que si no puede ser absorbida por el equipo es recomendable usar otro intercambiador. Se caracteriza por tener solo una placa de tubos en forma de U, que tienen la particularidad de moverse libremente con relacin a la carcaza lo que elimina el problema de la expansin diferencial.
Los bancos de tubos se pueden remover para limpieza mecnica, pero el interior de estos se limpia en general qumicamente. Se utilizan cuando el fluido que circula por los tubos es limpio, los fluidos sucios circulan por la carcaza. Estos intercambiadores no tienen uniones internas y los tubos perifricos se pueden colocar muy cerca de la cara interna de la carcaza, pero como existe una limitacin mecnica en el radio de los tubos interiores, el numero de tubos que se puede colocar en una carcaza de dimetro dado es menor a la de placa de tubos fijos.
Se caracteriza por tener una hoja de tubos fijas, mientras que la otra flota libremente permitiendo el movimiento diferencial entre la carcaza y los tubos, se puede extraer todo el haz de tubos para la limpieza. Corrosin: colocar el fluido mas corrosivo en los tubos Ensuciamiento: colocar el fluido con mayor tendencia a la formacin de depsitos en los tubos.
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Alexandra Javiera. Wendy C. Daniela Alejandra Rivera Betancourt. ChriSkater Art. Gerardo F. Hugo Catrileo Goler. Miguel Galvez Moreno. Anahi Segovia. T : Diferencia de temperatura, ya sea del flujo fro o flujo caliente, C. Q: Flujo de calor, kW. A: rea de transferencia de calor, m2. Caudal: Es cantidad de materia expresada en unidades de volumen litros, 3 galones, m , etc.
Calor: El calor es la transferencia de energa desde un cuerpo que se encuentra a mayor temperatura hasta otro de menor temperatura. Cuando ambos cuerpos igualan sus temperaturas se detiene la transmisin de energa. Temperatura: Es el grado de calor que posee un cuerpo y se expresa en unidades de temperatura como lo son grados centgrados, grados Fahrenheit, grados Kelvin y grados Rankine. Tiempo: El tiempo es una magnitud fsica con la que medimos la duracin o separacin de acontecimientos, sujetos a cambio, de los sistemas sujetos a observacin.
Volumen: El volumen []es una magnitud escalar []definida como el espacio ocupado por un objeto. Es una funcin derivada de longitud, ya que se halla multiplicando las tres dimensiones. Revisar las salidas de emergencia. Revisar los implementos de seguridad. Medir dimetro interno y externo del tubo. Medir el dimetro de la coraza. Medir el largo de Intercambiador de calor. Definir corriente fra y corriente caliente. Definir configuracin del flujo: 1 El agua caliente entrar por los tubos y 2 El agua caliente entrar por la coraza.
Se realizarn dos experiencias por configuracin. En que la segunda experiencia slo se har variar el flujo de la. Medir temperaturas de entradas y salidas para las corrientes fra y caliente en la disposicin de flujos. Medir volmenes constantes respecto al tiempo, hacer tres mediciones para. Determinar el flujo msico de la corriente fra y de la corriente caliente.
Determinar la velocidad de flujo msico mximo y mnimo. Determinar el flujo de calor y el flujo de calor mximo. Determinar el rea de transferencia de calor. Determinar el coeficiente global de transferencia de calor. Determinar la eficiencia para cada disposicin de flujos. Equipo de calefaccin de agua. Probeta mL 20 mL. Tener cuidado con el contacto de las lneas y superficie calientes que no se encuentren aisladas.
Laboratorio de Operaciones Unitarias I Revisar e utilizar los implementos de seguridad: Casco, zapatos de seguridad, lentes de seguridad, delantal y guantes.
Mantener una actitud proactiva frente a la seguridad propia y del grupo. Comparacin del calor transferido por las dos configuraciones de operacin. Se puede observa en la figura 7 que la mayor transferencia de calor se obtiene en la configuracin n2, es decir, cuando el flujo caliente circula por los tubos. Debido a que en la configuracin n1, es decir, cuando circula el flujo caliente por la coraza, se disipa parte del calor entregado por el flujo caliente.
Comparacin de los coeficientes globales de transferencia de calor obtenidos. Como se puede observar en la figura 8, la configuracin n2, es decir, cuando el flujo caliente circula por los tubos, presenta mayor coeficiente global de transferencia, lo cual nos indica que en esta configuracin la superficie tiene mayor capacidad por transferir calor.
Figura 8: Comparacin del Coeficiente global de transferencia de calor en dos configuraciones. Anlisis de la eficiencia del intercambiador multitubular en cada condicin. La configuracin n2, es decir, cuando el flujo caliente circula por los tubos, presenta mayor transferencia de calor, obtenindose menores porcentajes de.
De las dos configuraciones, se concluye que el coeficiente global de transferencia de calor en la configuracin n2, es decir, cuando el flujo caliente.
La eficiencia de un intercambiador de calor no es elevada debido a las prdidas de calor hacia el exterior, pero entre las dos configuraciones, se concluye que cuando el fluido circula por los tubos se obtiene mayor porcentaje de eficiencia o rendimiento. Instalar un sistema que regule el flujo volumtrico, es decir, que se pueda monitorear, de esta manera el flujo se podr mantener constante en distintas. Instalar termocuplas o un sistema que mida la temperatura del fluido en el interior.
Tratar de recubrir con un material aislante para que las prdidas de calor hacia el exterior sean menores. De la ecuacin 2. En las configuraciones slo se hizo variar el flujo de la corriente fra, por lo tanto, para las dos experiencias de cada configuracin se obtiene el mismo flujo caliente.
Para la primera experiencia de la primera configuracin se tienen los siguientes datos de flujo de las corrientes fra y caliente:. Laboratorio de Operaciones Unitarias I De esta manera se procede para la segunda experiencia de la primera configuracin y para las dos experiencias de la segunda configuracin.
Con los datos de la primera experiencia de la primera configuracin, procedemos a calcular la temperatura media logartmica. Los datos son: Temperatu. Tabla N Datos de la primera experiencia de la primera configuracin de flujos Por la forma en que se distribuyen las temperaturas, corresponde a un flujo en contra-corriente.
Usando la ecuacin 2. Donde: T1: Temperatura del flujo caliente de entrada, C. Reemplazando los valores de las temperaturas se tiene:. De esta manera se procede para la segunda experiencia de la primera configuracin, y con las dos experiencias de la segunda configuracin.
El rea de transferencia de calor es el rea de transferencia de los 12 tubos del intercambiador. Datos: Dimetro externo del tubo del intercambiador: 0, [m]. Longitud del intercambiador de calor: 1 [m] N de tubos: Laboratorio de Operaciones Unitarias I 4 Clculo del flujo de calor. Pero como se ver con los resultados se obtiene una diferencia entre estos. Se realizaron dos configuraciones, la primera configuracin consiste en que el flujo caliente circula por la coraza y la segunda configuracin consiste en que el flujo caliente circula por los tubos.
Para la primera experiencia de la primera configuracin se tienen los siguientes resultados: Caudal. Con la densidad, se convierte el caudal promedio a flujo msico para el ajuste de unidades en la ecuacin de transferencia de calor: W. Reemplazando los datos se obtiene:. De esta manera se procede con segunda experiencia de la primera configuracin y para las dos configuraciones de la segunda configuracin. Laboratorio de Operaciones Unitarias I 5 Clculo del coeficiente de global de transferencia de calor de cada disposicin de flujo.
Laboratorio de Operaciones Unitarias I 6 Clculo del flujo de calor mximo. T1 t1. Los datos de la primera experiencia de la primera configuracin son:. De esta manera se procede para la segunda experiencia de la primera configuracin y para las dos experiencias de la segunda configuracin.
Laboratorio de Operaciones Unitarias I Para la primera experiencia de la primera configuracin se tienen los siguientes resultados obtenidos en los puntos 4 y 6 de este captulo.
Calculo del rea transversal al flujo de fluido. Donde: at : rea transversal al flujo de los tubos, [m 2]. B: Distancia entre bafles. Pt: Pasos de tubos. Clculo de las velocidades msicas y parmetros de Reynolds y Prandtl. Clculo del coeficiente convectivo. Fluido por los tubos. Bird Fenmenos de Transporte, pp. Tablas Appendix, Physica properties Gases and Liquids. Kern, D. Procesos de Transferencia de Calor.
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