INTERCAMBIADORES DE CALOR

INTERCAMBIADORES DE CALOR

1. OBJETIVOS DE FUNCIÓN

• Permitir transferencia de energía (calor) de un fluido a otro sin ponerlos en contacto directo.

• Recuperar calor entre dos corrientes en un proceso.

• Facilitar el intercambio de calor entre dos fluidos que se encuentran a temperaturas diferentes.

• Producir energía en plantas químicas.

• Reducir temperatura de un fluido mediante otro de menor temperatura y viceversa.

• Suplir requerimientos en procesos industriales como ventilación, calentamiento, refrigeración y acondicionamiento de aire.

• Llevar al punto ebullición un fluido mediante otro de mayor temperatura.

• Condensar un fluido gaseoso por medio de un fluido frío.

• Llevar al punto de ebullición un fluido mientras se condensa un fluido gaseoso de mayor temperatura.

• Ayudar a la recuperación de calor en los diferentes procesos industriales.

• Ofrecer una gran flexibilidad pudiendo tratar diferentes volúmenes de producto con diversos programas de temperatura, en función de las necesidades del proceso.

• Satisfacer las expectativas costo/beneficio causando mayor rentabilidad en el proceso.

2. CLASIFICACIÓN DE EQUIPOS

3. FUNCIONAMIENTO, ESQUEMAS Y CARACTERIZACIÓN DE EQUIPOS

3.1. INTERCAMBIADOR DE TUBOS CONCENTRICOS

INTERCAMBIADORES DE TUBOS LISOS

Consiste en un tubo pequeño dentro de otro tubo mayor, circulando los fluidos en el interior pequeño y entre ambos. Por lo general el fluido caliente va por el tubular pequeño mientras el fluido frio va por el anular.

- Este tipo de cambiador de calor está formado por uno o más tubos pequeños contenidos en un tubo de diámetro más grande. Al tubo externo se le llama anular. En la mayoría de los casos la trayectoria que describen los fluidos es a contracorriente.

INTERCAMBIADORES DE TUBOS ALETADOS

Los intercambiadores de tubos concéntricos aletados aumentan el área de intercambio de calor entre los fluidos, regido por el mismo funcionamiento a contraflujo de los intercambiadores de tubos concéntricos lisos.

En este tipo de intercambiador se presenta mayor resistencia hidráulica. El fluido caliente va por el tubular interno el cual posee aletas a lo largo del intercambiador.

3.2. INTERCAMBIADORES DE CORAZA Y TUBOS

INTERCAMBIADORES DE CABEZAL DE TUBOS

Consisten en una estructura de tubos pequeños colocados en el interior de un casco de mayor diámetro. Estos intercambiadores se utilizan cuando se requieren grandes superficies de intercambio. el fluido que ha de circular en el interior de los tubos ingresa por el cabezal derecho y se distribuye por los orificios de la placa en el haz de tubos. El fluido de la coraza, en cambio, circula por el exterior del haz de tubos, siguiendo una trayectoria tortuosa por el efecto de las pantallas (bafles) o tabiques deflectores.

- Son los intercambiadores más ampliamente utilizados en la industria química y con las consideraciones de diseño mejor definidas. Un intercambiador de calor de casco y tubo conforme a TEMA se identifica con tres letras, el diámetro en pulgadas del casco y la longitud nominal de los tubos en pulgadas.

INTERCAMBIADORES DE ANILLO DE CIERRE HIDRÁULICO

Los fluidos del lado de la coraza y del lado del tubo se retienen mediante anillos de empaque distintos separados por un anillo de cierre hidráulico y se instalan en el espejo flotante.

Esta construcción es la menos costosa de los tipos de tubos rectos y haz desmontable.

INTERCAMBIADORES DE CABEZAL FLOTANTE CON EMPAQUE EXTERIOR

El fluido del lado de la coraza se retiene mediante anillos de empaque, que se comprimen dentro de un prensaestopas mediante un anillo seguidor de junta. Esta construcción fue utilizada con frecuencia en la industria química; sin embargo, su empleo ha disminuido en los años recientes.

INTERCAMBIADORES DE CABEZAL FLOTANTE INTERNO

El diseño de cabezal flotante interno se utiliza mucho en las refinerías petroleras, pero su uso ha declinado en años recientes. En este tipo de intercambiadores los cabezales se acomodan a la dilatación térmica que pueden sufrir los haz de tubos o el espejo con el fin de no generar daños.

INTERCAMBIADORES DE CABEZAL FLOTANTE REMOVIBLE

La construcción es similar a la del intercambiador de cabezal flotante interno con anillo dividido de respaldo, con la excepción de que la cubierta del cabezal flotante se sujeta directamente con pernos en el espejo flotante. Esta característica reduce el tiempo de mantenimiento durante la inspección y las reparaciones.

INTERCAMBIADORES DE TUBO EN U

El haz de tubos consiste en un espejo estacionario, tubos en U (o de horquilla), deflectores o placas de soporte, espaciadores y tirantes apropiados. El haz de tubos se puede retirar de la coraza del intercambiador de calor. Se proporciona un cabezal del lado del tubo (estacionario) y una coraza con cubierta integrada, que se suelda a la coraza misma. Cada tubo tiene la libertad para dilatarse o contraerse, sin limitaciones debidas a la posición de los otros tubos.

- Los rehervidores de calderas, los evaporadores, etc., son con frecuencia intercambiadores de tubo en U con secciones ampliadas de la coraza para la separación del vapor y el líquido)

- El calentador de succión del tanque contiene un haz de tubo en U. Este diseño se utiliza con frecuencia en tanques de almacenamiento al aire libre, para combustóleos pesados, alquitrán, etc., cuya viscosidad se debe reducir para permitir el bombeo adecuado

3.3. INTERCAMBIADORES DE PLACAS

Consiste en una sucesión de láminas de metal armadas en un bastidor y conectadas de modo que entre todas las placas circulen los fluidos intercalándose con el fin de lograr el intercambio de calor esperado. Cada fluido está encerrado en el espacio comprendido entre dos placas sucesivas, y se desplaza en forma de capa fina. Esto permite aplicarle temperaturas elevadas durante cortos periodos de tiempo lo que es muy importante en productos sensibles a la temperatura, que pueden sufrir modificaciones indeseables en su composición por efecto del calentamiento prolongado. En el siguiente croquis podemos observar una típica disposición en la que las láminas se ven comprimidas entre dos placas extremas.

La junta de goma comprimida entre las placas adyacentes, formando un espacio entre el que circula uno de los fluidos. Por ejemplo un fluido frio(producto) circula entre las placas 1 y 2. Entra por el orificio superior izquierdo

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