Intercambiador De Calor: Casco Y Tubo

OPERACIONES QUÍMICAS

INTERCAMBIADORES DE CALOR DE

CASCO Y TUBO

Introducción:

Los intercambiadores de calor son equipos que permiten transferir energía (calor) de un fluido a otro sin ponerlos en contacto directo, la transferencia se produce a través de una pared sólida que los separa.

Un fluido transfiere calor por convección a una pared sólida, el calor atraviesa esta por conducción y por último el otro fluido recibe la transferencia por convección.

Los tipos más usuales son:

a.- intercambiadores de doble tubo.

b.- intercambiadores de carcasa y tubos.

c.- intercambiadores compactos.

Los intercambiador del tipo coraza y tubo constituyen la parte más importante de los equipos de transferencia de calor sin combustión en las plantas de procesos químicos, aun cuando se está haciendo más hincapié en otros diseños.

Los equipos de transferencia de calor se pueden designar por el tipo (o sea, espejo fijo, cabezal empaquetado exterior, etc) o por la función (enfriador, condensador, congelador, etc). Es decir que el intercambiador de casco y tubo puede tener diferentes funciones dependiendo de qué uso se le quiera dar, como por ejemplo, enfriador, calentador, generador de vapor, vaporizador, etc.

Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos están compuestos por tubos cilíndricos, montados dentro de una carcasa también cilíndrica, con el eje de los tubos paralelos al eje de la carcasa. Un fluido circula por dentro de los tubos, y el otro por el exterior. El fluido del lado del tubo es más corrosivo o está más sucio o a una presión más alta. El fluido del lado de la coraza es un líquido de viscosidad elevada, o bien, un gas. Son el tipo de intercambiadores de calor más usado en la industria.

La limpieza del interior de los tubos se hace con mayor facilidad que la de las superficies exteriores.

Cada haz de tubos está constituido por un gran número de tubos, cuyos extremos se expanden al entrar en dos placas de tubos, una en cada extremo. Una de las dos placas es fija, y la otra se puede mover para permitir la dilatación térmica de los tubos flotantes.

Montados en los tubos hay deflectores y placas de apoyo de ellos que se mantienen en su posición por medio de tirantes que salen de la placa de tubos fija. El fluido del lado de los tubos entra por una sección acanalada y circula por los tubos hasta una tapa fija a la placa de tubos flotante. Tanto el canal como la tapa del cabezal flotante tienen deflectores adecuados para que en el lado de los tubos haya el número de pasadas apropiado a las condiciones del proceso.

Cuando los requerimientos de área de la transferencia de calor exceden los 10m2 se recomienda el intercambiador de caso y tun en lugar del de doble tubo.

Descripción de equipo:

Partes del intercambiador de calor: Los componentes básicos de este intercambiador son: El haz de tubos, carcasa, cabezal fijo, cabezal flotante, deflectores, y la placa tubular.

Ecuación de diseño para el I.C de caso y tubo: Q= U.A. ΔT

Configuración: Se usa una amplia variedad de configuraciones en los intercambiadores de calor de carcasa y tubos, dependiendo del desempeño deseado de transferencia de calor, caída de presión y los métodos empleados para reducir los esfuerzos térmicos, prevenir fugas, fácil mantenimiento, soportar las presiones y temperaturas de operación, y la corrosión.

Los intercambiadores de calor de carcaza y tubos se clasifican en tres tipos de acuerdo a estándares generales que contienen información sobre diseño, fabricación y materiales de construcción del equipo. Esta clasificación es la siguiente: Clase R: son los usados en condiciones de operación severas, en procesos petroleros y afines.

Clase C: designa a los intercambiadores usados en aplicaciones comerciales y procesos generales bajo condiciones moderadas.

Clase B: designa a los intercambiadores de calor de carcasa y tubos usados en procesos químicos. Generalmente, en estos últimos, los materiales constructivos son no-ferrosos, mientras que en los Clase C y Clase R, se usan materiales ferrosos.

Según su construcción mecánica (Ver cuadro en la página 4)

 De cabezal fijo (o placas de tubo fijos): son los más comunes, pero para algunas aplicaciones los otros tipos son más ventajosos

 Tubos en forma de U: usados para permitir la expansión y contracción libre de los tubos y de la carcasa sin el uso de una cabeza flotante. De este modo se previene la contaminación del producto por una posible filtración de la empacadura en el extremo flotante.

 De cabezal flotante: Estos tubos no se pueden usar cuando él líquido en el tubo tiene suciedades que forman incrustaciones, porque sería muy difícil limpiar la parte curva del tubo

Carcasa y boquillas del lado de la carcasa: es simplemente el recipiente para el fluido externo. Es de sección transversal circular, generalmente de acero de bajo carbono aunque pueden construirse de otras aleaciones, especialmente, cuando se debe cumplir con requerimientos de altas temperaturas o corrosión. Su longitud es la misma que la de los tubos que protege.

La carcasa posee unas boquillas que constituyen las vías de entrada y salida del fluido. La boquilla de entrada por lo general tiene una placa de impacto para impedir que el flujo pegue directamente y a altas velocidades en la hilera superior de los tubos, ya que este impacto podría causar erosión, cavitación y/o vibración.

...