Intercambiadores de calor.

República Bolivariana de Venezuela[pic 1]

Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior

I.U.P. Santiago Mariño

Intercambiadores de calor

Mileydis Bracho 24251349

Genesis Fernandez 23456373

Angelin Essis 19017154

Andrea Vargas 19832496

Frayner Almanza 23458723

Maracaibo, marzo de 2016

Índice

Introducción

1. Uso de intercambiadores de calor en la industria
2. Especificaciones de las características de los intercambiadores de calor
3. Clasificación de los intercambiadores de calor según tipos de flujo, funcionamiento y construcción
4. Efecto de las interacciones en los intercambiadores de calor
5. Calculo del coeficiente total de transferencia de calor a través de las resistencias térmicas
6. Calculo de la eficiencia para los intercambiadores de calor, sin incrustaciones y con incrustaciones
7. Procedimientos para el mantenimiento de los intercambiadores de calor
8. Tratamiento de los fluidos de trabajo para los intercambiadores de calor

Conclusión

Bibliografía

Introducción

Los intercambiadores de calor son dispositivos usados para la transferencia de calor entre dos o más fluidos. Los intercambiadores de calor compactos son comúnmente usados en los procesos industriales de Ventilación Calentamiento, Refrigeración y también de Aire acondicionado, debido a su economía, construcción y operación. El intercambiador de calor compacto más empleado es el de tuos aletados. La configuración de la aleta puede ser rectangular o circular, continua o individual; a su vez la geometría para los tubos puede ser circular, plana u oval. En operación, parte o toda la superficie de la aleta puede ser cubierta por una película de agua producida por la condensación del vapor de agua en la corriente de aire entrante.

El área de superficie de transferencia de calor por unidad de volumen es a menudo usada como una medida de la compactación de un intercambiador de calor. Si esta relación excede 700 m2/m3, el intercambiador es comúnmente referido como un compacto. Estos equipos son de gran interés por varias razones, como son en general, una alta eficiencia, permiten recuperar cantidades de energía más grandes entre las corrientes de proceso, son más versátiles en términos del número de corrientes de proceso que pueden ser manejadas. Algunos intercambiadores de calor compactos pueden manejar únicamente dos corrientes, otros puede manejar cuatro o más con facilidad

1. Uso de intercambiadores de calor en la industria

Los intercambiadores de calor son ampliamente utilizados en la industria alimentaria, para calentamiento y enfriamiento de productos, en sistemas de esterilización, pasteurización, desactivación enzimática, etc.

También son utilizados en estas industrias para procesos auxiliares de calentamientos de agua, generación de vapor, recuperadores, enfriadores de fluidos etc.

• Industria marítima: Los intercambiadores a placas son utilizados como enfriadores de aceite, enfriadores de agua de refrigeración de los motores, generadores de agua potable.
• Industria de tratamiento de superficies: Los intercambiadores de calor a placas se utilizan para el calentamiento de la solución desengrasante, enfriamiento del agua de aclarado, calentamiento.
• Centrales nucleares: Los intercambiadores de calor de placas se utilizan en el circuito secundario de refrigeración.
• Industria química: Los intercambiadores de calor a placas se utilizan para controlar temperaturas de proceso, calentamiento o enfriamiento de productos químicos en proceso, evaporadores, concentradores.
• Industria alimentaria: Los intercambiadores de calor a placas se utilizan en la fabricación de leche, mantequilla, queso, postres, miel, yogures, cerveza, helados, refrescos, agua embotellada, salsas. Laygo gaskets suministra juntas de intercambiadores de calor de placas para todo tipo de aplicación alimentaria.

1. Especificaciones de las características de los intercambiadores de calor

• Alternativa de único canal

El calentamiento o el enfriamiento de fluidos viscosos o cargados de partículas es una tarea complicada para la mayoría de los tipos de intercambiadores de calor. Los intercambiadores de calor espirales con diseño compacto y de único canal son ideales para un excepcional rendimiento térmico y de tiempo de funcionamiento en estas tareas. Los espirales pueden alcanzar coeficientes de transferencias de calor elevados con fluidos cargados de partículas y, al mismo tiempo, evitar la contaminación, las obstrucciones, la distribución desigual de fluidos o los puntos muertos en ambos canales. Otras tareas significativas comprenden el servicio de vapor/líquido y gas o vapor/líquido, donde la capacidad de subenfriamiento del espiral y la extensa trayectoria de condensación maximizan la recuperación.

• Resistente a las obstrucciones y fácil de limpiar

El canal único de flujo del intercambiador de calor espiral tiene función de autolimpieza y es resistente a la contaminación debido a que el flujo no puede desviar la obstrucción. Como resultado, la distribución de flujo dentro de ambos canales se mantiene constante en todo el intercambiador. Se pueden alcanzar diferencias de temperaturas entre los fluidos de menos de 3°C (5°F). En cambio, la unidad de carcasa y tubos desarrolla un perfil de temperatura irregular ocasionado por la contaminación, la obstrucción del tubo y la mala distribución del flujo, con superficies erosionadas y puntos muertos.

• Diseñado y construido especialmente para rendir y perdurar

El diseño del intercambiador de calor está basado en dos a cuatro láminas metálicas sobre las cuales se sueldan espárragos espaciadores y, luego, se enrollan alrededor del núcleo con una lámina continua de grosor único desde el núcleo hasta la carcasa. Es una clara mejora comparada con los otros diseños que utilizan láminas múltiples de diferente grosor con soldadura de punta que podría ocasionar una falla prematura.

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1. Clasificación de los intercambiadores de calor según tipos de flujo, funcionamiento y construcción

Según flujo:

• Flujo paralelo: cuando el flujo interno o de los tubos y el flujo externo o de la carcasa ambos fluyen en la misma dirección. En este caso, los dos fluidos entran al intercambiador por el mismo extremo y estos presentan una diferencia de temperatura significativa. Como el calor se transfiere del fluido con mayor temperatura hacia el fluido de menor temperatura, la temperatura de los fluidos se aproximan la una a la otra,  es decir tratan de alcanzar el equilibrio térmico entre ellos.

• Contraflujo: cuando los dos fluidos fluyen en la misma dirección pero en sentido opuesto. Cada uno de los fluidos entra al intercambiador por diferentes extremos. Ya que el fluido con menor temperatura sale en contraflujo del intercambiador de calor en el extremo donde entra el fluido con mayor temperatura, la temperatura del fluido más frío se aproximará a al temperatura del fluido de entrada. Este tipo de intercambiador resulta ser más eficiente que los otros tipos mencionados anteriormente.

• Flujo cruzado: En la figura se muestra como en el intercambiador de calor de flujo cruzado  uno de los fluidos pasa a través de tubos mientras que el otro pasa alrededor de dichos tubos formando un ángulo de 90. Un ejemplo son los sistemas de condensación de vapor, donde el vapor exhausto que sale de una turbina entra como flujo externo a la carcasa del condensador y el agua fría que fluye por los tubos absorbe el calor del vapor y éste se condensa y forma agua líquida. Se pueden condensar grandes volúmenes de vapor de agua al utiliza este tipo de intercambiador de calor.

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Según su construcción:

• Concentricos: Es el tipo más sencillo de intercambiador de calor. Está constituido por dos tubos concéntricos de diámetros diferentes. Uno de los fluidos fluye por el tubo de menor diámetro y el otro fluido fluye por el espacio anular entre los dos tubos. En este tipo de intercambiador son posibles dos configuraciones en cuanto a la dirección del flujo de los fluidos: contraflujo y flujo paralelo. En la configuración en flujo paralelo los dos fluidos entran por el mismo extremo y fluyen en el mismo sentido. En la configuración en contraflujo los fluidos entran por los extremos opuestos y fluyen en sentidos opuestos. La temperatura de salida del fluido frio nunca puede ser superior a la temperatura de entrada del fluido caliente.

• De casco y tubo: Es el tipo más común de intercambiador de calor en las aplicaciones industriales por que demanda de manera significativa alta temperatura y presión. Este tipo de intercambiadores están compuestos por gran cantidad de tubos ( a veces varios cientos ) contenidos en un casco. Los tubos se disponen con sus ejes paralelos al eje del casco. La transferencia de calor tiene lugar a medida que uno de los fluidos se mueve por el interior de los tubos mientras que el otro se mueve por fuera de éstos, por el casco.  

• Compactos: Son intercambiadores diseñados para lograr una gran área superficial de transferencia de calor por unidad de volumen. Ejemplos de intercambiadores de calor compactos son los radiadores de automóviles y el pulmón humano.

• De placas: Consiste en un conjunto de placas preformadas con unos canales en disposición paralela por donde circulan los fluidos. Estas placas están montadas sobre un bastidor de acero y dos placas de acero sujetadas por espárragos de apriete que compactan las placas. Cada placa dispone de 4 bocas por donde circulan los fluidos en paralelo mientras que un fluido es conducido por las placas pares y el otro por las impares consiguiendo así el necesario intercambio de calor entre ambos.

1. Efecto de las interacciones en los intercambiadores de calor

Las superficies de transferencia de calor de un intercambiador de calor pueden llegar a recubrirse con varios depósitos presentes en las corrientes o las superficies pueden corroerse como resultado de la interacción entre los fluidos y el material empleado en la fabricación y diseño del intercambiador.

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