informe de intercambiadores de calor
TRANSCRIPT
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Defensa
Universidad Nacional Experimental Politécnica
De la Fuerza Armada Bolivariana
UNEFA – Extensión Punto Fijo
Docente:
Ing. Roberto Gil
Intercambiadores de Calor
Bachilleres:
Borges Yordy C.I 22.605.091
Chirinos Karina C.I 21.155.778
Reyes Hiboryana C.I 23.525.324
Serga María C.I: 21.550.978
Ing. Petroquímica “B” VI Semestre
Punto Fijo; 2013
1
Índice Portada
Índice
Introducción
1. Clasificación de los intercambiadores de calor de carcasa y tubo acorde a la
TEMA
2. Criterios preliminares para hacer una selección tentativa de:
Configuración de flujo
Longitud del intercambiador
Número de tubos
Diámetro de los tubos
Arreglo de los tubos
Deflectores
Asignación de flujo
Diámetro de la carcasa
3. Evaluación del desempeño térmico del intercambiador
Cálculos de Uo y Uos
4. Ensuciamiento y consecuencias en el diseño
Método del factor de ensuciamiento
Método del coeficiente de limpieza
Método del sobre diseño del área
5. Desempeño hidrodinámico para intercambiadores de calor de doble tubo e
intercambiadores de tubo y carcasa
6. Explique detalladamente mediante una aplicación el procedimiento para
diseñar un intercambiador de calor, estableciendo ud como ing de proceso
los datos de entrada necesarios para su diseño
7. Conclusión
Referencias bibliográficas
Lista de símbolos abreviaturas y glosario de términos
2
Introducción
Los intercambiadores de calor son aparatos utilizados para la transferencia de
calor entre dos o más fluidos. La transferencia de calor se realiza a través de una
pared metálica o de un tubo que separa ambos fluidos. Estos dispositivos son
parte esencial de los procesos industriales de ventilación, calentamiento,
refrigeración y asimismo de aire acondicionado, debido a su economía,
construcción y operación.
Las aplicaciones de los intercambiadores de calor son muy variadas y reciben
diferentes nombres: intercambiadores de calor, condensador, enfriador,
calentador, rehervidor, vaporizador. Los intercambiadores de calor se pueden
clasificar en varias formas diferentes, una forma consiste en basar la clasificación
en las direcciones relativas del flujo de los fluidos calientes y frío, dando lugar a
términos como fluidos paralelos, cuando ambos fluidos se mueven en la misma
dirección; flujo encontrado, cuando los fluidos se mueven en paralelo pero en
sentido opuesto; y flujo cruzado, cuando las direcciones de flujo son mutuamente
perpendiculares.
Otro modo de clasificar los intercambiadores de calor es mediante la estructura
y uso de los mismos como: Intercambiadores de coraza y tubo, estos componen la
parte más importante de los equipos de transferencia de calor sin combustión en
las plantas de procesos químicos. Dentro de este tipo de intercambiadores (coraza
y tubo) dependiendo a su construcción mecánica se logra obtener diferentes tipos
como los son, de cabezal flotante, tubos en forma de U, de cabezal fijo. Cabe
mencionar que también pueden clasificarse según TEMA (Tubular Exchanger
Manufactures Association) en clase R, clase C y clase B.
3
1. Clasificación de los intercambiadores de calor de carcasa y tubo acorde a la TEMA
Un Intercambiador de Calor es un equipo utilizado para enfriar un fluido que
está más caliente de lo deseado, transfiriendo esta calor a otro fluido que está frío
y necesita ser calentado. La transferencia de calor se realiza a través de una
pared metálica o de un tubo que separa ambos fluidos.
Las aplicaciones de los intercambiadores de calor son muy variadas y reciben
diferentes nombres:
Intercambiador de Calor: Realiza la función doble de calentar y enfriar
dos fluidos.
Condensador: Condensa un vapor o mezcla de vapores.
Enfriador: Enfría un fluido por medio de agua.
Calentador: Aplica calor sensible a un fluido.
Rehervidor: Conectado a la base de una torre fraccionadora proporciona
el calor de reebulición que se necesita para la destilación.
Vaporizador: Un calentador que vaporiza parte del líquido.
Un intercambiador típico es el radiador del motor de un automóvil, en el que el
fluido refrigerante calentado por la acción del motor se refrigera por la corriente de
aire que fluye sobre él y, a su vez, reduce la temperatura del motor volviendo a
circular en el interior del mismo.
Los intercambiadores de carcasa y tubo están formados por haz de tubos
dentro de una carcaza cilíndrica, con presencia de deflectores para generar
turbulencia y soportar los tubos. Este dispositivo es el más utilizado en las
refinerías y plantas químicas debido a que:
Facilita flujos de calor elevados en relación con su peso y volumen.
Es respectivamente factible de construir en una gran variedad de tamaños.
Es mucho más fácil de limpiar y de reparar.
Es versátil y puede ser diseñado para efectuar fácilmente cualquier
aplicación.
4
Estos intercambiadores se construyen de acuerdo a las normas de la
Asociación de Fabricantes de Intercambiadores de Calor Tubulares (TEMA), con
algunas modificaciones, dependiendo del país. TEMA ha desarrollado una
nomenclatura para designar los tipos básicos de intercambiadores de calor de
carcasa y tubos. En este sistema, cada intercambiador se designa con tres letras,
la primera indicando el cabezal delantero, la segunda el tipo de carcasa, y la
tercera el cabezal posterior: R, C, B.
A. Los intercambiadores clase R son los usados en condiciones de operación
severas, en procesos petroleros y afines.
B. La Clase C designa a los intercambiadores usados en aplicaciones
comerciales y procesos generales bajo condiciones moderadas.
C. La clase B designa a los intercambiadores de calor de carcasa y tubos
usados en procesos químicos.
Habitualmente en estos últimos, los materiales constructivos son no-ferrosos,
mientras que en los Clase C y Clase R, se usan materiales ferrosos.
2. Criterios preliminares para hacer una selección tentativa de:
Configuración de flujo: La más usual para estos intercambiadores es de
un pase de fluido por la carcasa y de uno o dos pases de tubos por la
carcasa (configuración 1-1 y 1-2).
Longitud del intercambiador: Cuanto más largo es un intercambiador,
menos tubos contiene, menor es el diámetro de la carcasa, su diseño es
más simple y menor es su costo. El criterio general es que
115
<Dc
L< 1
5 (1)
donde Dc es el diámetro de la carcasa y L la longitud del intercambiador. La
longitud puede estar limitada por el espacio disponible para instalar el
intercambiador. En todo caso se recomienda que el largo de los tubos sea
igual a la mitad del espacio disponible, con el fin de facilitar la instalación y
limpieza del haz de tubos. La longitud máxima de los intercambiadores
convencionales es de 6 m; sin embargo, existen intercambiadores de gran
5
tamaño tales como los usados en plantas eléctricas que pueden alcanzar
los 30 m de largo.
Número de tubos: Con el fin de incrementar el coeficiente h de
transferencia, se procura tener la velocidad más alta posible, para lo cual se
usa el mayor número de tubos posible con el menor diámetro interno
posible, lo cual está limitado por la caída de presión. Esta última se
incrementa al aumentar el número de tubos ya que este incremento
involucra una reducción en el diámetro de los tubos.
El número de tubos puede calcularse fácilmente, si se conoce el área
requerida, según la expresión
N t=Aopdo L (2)
También puede usarse la expresión empírica que sigue, la cual toma en
cuenta el máximo número de tubos que caben en una carcasa con un
tamaño dado,
N t=0 ,875 (CTPCL ) Dc2
(Pt do)2
do2
(3)
A partir del Dc y el Nt puede determinarse la mejor configuración de flujo.
Diámetro de los tubos: Se prefieren tubos de 8 a 15 mm de diámetro
interno, pero si se espera que haya problemas de limpieza, deben usarse
tubos no menores de 20 mm.
Arreglo de tubos: El arreglo preferido es el triangular invertido o triangular
de 30 º. El criterio usual es que
1 ,25<P tdo
<1,5(4)
donde Pt es la distancia entre los centros de los tubos, o pase de tubo (del
inglés pitch) y do es el diámetro externo de los tubos. Los tubos no deben
6
estar demasiado cerca ya que se presentan problemas con la limpieza;
además la placa de tubos se torna muy débil desde el punto de vista
estructural.
Deflectores: El espaciado de deflectores más usual es de 0,4 < Dc < 0,6,
con un corte del 25 al 35 %, siendo 25 % el valor de corte más usual.
Asignación de flujo: Se recomienda colocar el fluido que más ensucia o el
más corrosivo, o el de mayor presión, a circular por los tubos. Para flujo por
la coraza se recomienda la corriente con el menor coeficiente de
convección, o la corriente con el menor flujo. Algunos de estos criterios son
conflictivos y el ingeniero debe conseguir la configuración óptima.
Diámetro de la carcasa: La selección preliminar del diámetro de la carcasa
se puede hacer conociendo el número de tubos y la configuración de flujo.
Otra forma consiste en hacer un primer estimado a partir de la siguiente
correlación empírica:
Dc=0 ,637√ CLCTP √ Ao (Pt do)
2
do
L(5)
donde CL es la constante de configuración de tubos con un valor de 1 para
arreglos cuadrados y un valor de 0,87 para arreglos triangulares. El término
CTP es la constante de conteo de tubos y depende del número de pasos de
tubos por la carcasa, así para un paso de tubos, CTP es 1, para dos pasos
de tubo, CTP es 0,9 y para 4 pasos de tubo, CTP es de 0,85.
3. Evaluación del desempeño térmico del intercambiador
Consiste esencialmente en determinar el área de transferencia de dicho
intercambiador, para lo cual debe calcularse previamente el coeficiente global de
transferencia de calor para el intercambiador limpio (Uol) y para el intercambiador
sucio (Uos). Si no existen suficientes datos para obtener un primer estimado de Uos,
o de los coeficientes de película hi, es posible iniciar el primer cálculo con los datos
suministrados. Luego se determina el área de transferencia requerida, o As (área
7
para intercambiador sucio) por el método de la LMTD o del NTU. Se encuentra la
curva de factor de Fc para el LMTD, para intercambiadores de carcasa y tubo, un
pase por la carcasa y un número par de pases por los tubos. Igualmente, se
presentan varias ecuaciones (diferentes configuraciones de flujo) para el cálculo
del ε y del NTU, mientras que en la Tabla 9 se muestra la curva de ε en función del
NTU para intercambiadores de carcasa y tubo, un pase por la carcasa y un
número par de pases por los tubos. Por otro lado, el área en cuestión debe
también tomar en consideración la reducción de la eficiencia producida por el
ensuciamiento. En los párrafos siguientes se presentan tres formas para verificar
si el área del intercambiador seleccionado es suficiente para compensar por el
ensuciamiento. Antes, se expone brevemente el método de cálculo de los factores
Uol y Uos.
Cálculo de Uol y Uos:
Los coeficientes globales de transferencia se calculan acorde a las expresiones
siguientes:
Uol=1
dod ihi
+do ln (do /di )
2k+ 1ho (6)
Y
Uos=1
dod ihi
+doR sid i
+do ln (do/d i )
2k+R so+
1ho (7)
Determinar Uol y Uos implica evaluar los coeficientes ho y hi para lo cual se requiere
primero calcular el número de Reynolds. Este puede obtenerse de varias formas,
Re=ρ v Dh
m=mDh
A tm=GDh
m=ρ Q Dh
A tm (8)
donde v es la velocidad media por cada tubo, Q y m son el caudal y el flujo
másico respectivamente y At es el área transversal de flujo por cada tubo. El Dh se
8
sustituye por el diámetro interno cuando se trata de un conducto de área de flujo
circular o tubo, o por
Dh=Di−do (9)
en el caso de un intercambio de doble tubo (D i) es el diámetro interno del tubo
externo y do es el diámetro externo del tubo interno). Cuando el intercambiador de
doble tubo contiene más de un tubo interno, entonces
Dh=Di
2−N tdo2
Di+N t do (10)
Cuando se trata de flujo por la coraza, el Dh se sustituye por el llamado Deq
(diámetro equivalente), cuyo cálculo depende del tipo de arreglo de tubo. Así, para
arreglo cuadrado
Deq=4[P t2− p
4do
2 ]pdo (11)
y para arreglo triangular
Deq=4[√3
2Pt
2− p4do
2 ]pdo (12)
Una vez obtenido el re, se utiliza la ecuación siguiente para el cálculo del
coeficiente de película
h=NukD eq (13)
donde Nu es el número de Nusselt y Deq es el diámetro equivalente para la
transferencia de calor. Para calcular el Nu puede usarse cualquiera de las
correlaciones disponibles para el régimen de flujo imperante (laminar, turbulento o
transición), lo cual debe verificarse mediante el cálculo previo del Re.
En la Ec. 13 el Deq es igual al diámetro interno del tubo cuando se trata de flujo
por un conducto de área de flujo circular. Para el caso de flujo por la carcasa, el
9
Deq para la transferencia de calor es el mismo que se utiliza para el cálculo del Re,
acorde a las ecuaciones 11 y 12. Cuando se trata de flujo por el ánulo de un
intercambiador de doble tubo, el Deq es como sigue
Deq=Di
2−N tdo2
N td o (14)
4. Ensuciamiento y consecuencias en el diseño
Si se prevé que ocurra ensuciamiento, es conveniente sobre diseñar el
intercambiador para que este opere de manera conveniente durante el mayor
tiempo posible. En general, se procura que la limpieza del intercambiador coincida
con la parada de planta programada. Existen tres formas de estimar el sobre
diseño adecuado: mediante el factor de ensuciamiento requerido, el factor de
limpieza y el porcentaje de sobre diseño del área. Cabe señalar que para que
estos métodos sean efectivos, debe tenerse un buen conocimiento del
funcionamiento del sistema; ese conocimiento es de origen empírico y ha sido
adquirido por el cúmulo de experiencias en plantas industriales.
Método del factor de ensuciamiento
El uso de este método presupone que se conocen los factores de
ensuciamiento esperados para el sistema en estudio, lo cual es, para la mayor
parte de los casos, muy difícil de predecir. Sin embargo, si se tienen buenos
estimados de los factores de ensuciamiento, en los casos en que ambas
superficies se ensucien, se puede calcular un coeficiente global de transferencia
de calor, Uos, que tome en cuenta este efecto. Entonces, el factor de
ensuciamiento total Rst sería, de presentarse en las dos superficies,
R st=AoA iRsi+Rso
(15)
donde Rsi y Rso se refieren a los factores de ensuciamiento de la superficie interna
y la externa, respectivamente. Está referido al área externa de transferencia de
calor.
10
1Uos
= 1U ol
+Rst(16)
El coeficiente global de transferencia de calor puede calcularse el área de
transferencia requerida, ya sea por el método del LMTD o del -NTU. En donde
se encuentran algunos valores del factor de ensuciamiento para varias
aplicaciones industriales.
Método del coeficiente de limpieza:
El coeficiente de limpieza CF da una idea del máximo grado de ensuciamiento
permitido en el intercambiador y se define como
CF=U os
Uol (17)
El valor típico para diseño del CF es de 0,85. Con este valor puede estimarse el
factor de ensuciamiento total.
Rst=1−CFU olCF (18)
Dado el Rst, puede determinarse el Uos y a partir de este el Aos. (Ver Ec. 19 y 20).
Método del sobre diseño del área:
En este método se establece el porcentaje en exceso requerido para el área
de transferencia SDA, de modo que El SDA Cabe señalar que es necesario
conocer el porcentaje de sobre diseño adecuado para cada aplicación; el valor
típico es de 25 % de sobre diseño.
En muchas situaciones no es posible cumplir con cada uno de estos criterios
en forma simultánea ya que algunos son conflictivos. Debe escogerse entonces el
criterio más adecuado según el caso.
5. Desempeño hidrodinámico para intercambiadores de calor de doble
tubo e intercambiadores de tubo y carcasa
11
En este paso debe verificarse que la caída de presión, para ambos fluidos, se
encuentre debajo del límite establecido. Si la caída de presión sobrepasa las
limitaciones del sistema, el intercambiador no operará con la eficiencia esperada
ya que la velocidad de los fluidos será inferior a lo esperado.
Intercambiador de doble tubo:
La caída de presión tanto para el tubo interno como el externo se calcula de
forma convencional:
(−DP )=2 f ( LD )ρ v2
(21)
donde f es el factor de fricción de Fanning; L y D son la longitud y el diámetro
interno del tubo y v es la velocidad promedio del fluido en el tubo. Cuando se trata
de la caída de presión por el ánulo, se utiliza el diámetro hidráulico en el lugar del
diámetro interno. Igualmente, el diámetro hidráulico se usa para calcular el Re y el
factor de rugosidad relativa ε/D. Ahora bien, cuando el intercambiador presenta la
configuración comercial consistente en horquillas, la caída de presión total para un
conjunto de NH horquillas en serie, siendo LH la longitud de cada horquilla, es
(−DP )t=N H2 f (2 LHD ) ρ v 2+( 2NH−1
2 ) ρ v2K f(22)
donde el segundo término incluye las pérdidas por los retornos de fluido en cada
horquilla y entre horquillas; Kf es el factor de pérdidas para el retorno que puede
tomarse como el correspondiente a un codo de 180º.
Intercambiador de carcasa y tubos:
La caída de presión por los tubos se calcula de acuerdo a la expresión
siguiente:
(−DP )t=2 f ( LD ) ρ v2N pt+ρ v2
2 K f N pt
(23)
12
donde Npt se corresponde con el número de pases de tubo por la carcasa. En el
segundo término, Kf es el factor de pérdidas para los retornos de flujo por los
tubos; este término puede tomarse igual a 4.
La caída de presión por la carcasa puede calcularse según
(−DP )c=N pc
f G2 (N B+1 )D c
ρD eq (24)
donde Npc es el número de pases por la carcasa; NB es el número de deflectores;
Deq es el diámetro equivalente y G es el flujo másico por unidad de área,
G= mAt (25)
El área transversal de flujo puede calcularse mediante las expresiones
mostradas a continuación, las cuales dependen del arreglo de tubo,
Paso normal Paso Invertido
Cuadrado o triangular Cuadrado Triangular
At=(P t−do )B Dc
PtAt=
√2 (Pt−do )BD c
P tAt=
2 (Pt−do)B Dc
√3P t
(26)
El número de deflectores se puede estimar cuando se conocen la longitud L
del intercambiador así como el espaciado entre deflectores B. Se usa entonces la
ecuación siguiente:
N B=LB
−1(27)
Cálculo del factor de fricción:
El factor de fricción de Fanning se puede estimar de forma relativamente
rápida mediante la correlación de Churchill,
13
f=2[( 8Re )
12
+ 1
( A+B )3/2 ]1 12
(28)
donde
A={2 ,407 ln [ 1
( 7Re )
0,9
+0 ,27εD ]}
16
y B=(37530
Re )16
(29, 30)
En la Ec. 29, ε es la rugosidad cuyo valor es de 0,045 mm para tuberías de
acero comercial nuevo. Si se trata de tuberías ligeramente oxidadas o bastante
oxidadas, ε es 0,3 y 2 mm, respectivamente. El diagrama de Moody puede
utilizarse para un estimado rápido del factor de fricción, especialmente en régimen
turbulento desarrollado para el cual no es preciso conocer el Re ya que f sólo
depende de ε.
6. Explique detalladamente mediante una aplicación el procedimiento para
diseñar un intercambiador de calor, estableciendo Ud. como Ing. de
proceso los datos de entrada necesarios para su diseño.
¿Cómo diseñar un intercambiador de calor tubular?
Paso 1: Analizar la aplicación.
Cuando se recibe una solicitud de oferta para un intercambiador de calor, el
primer paso cosiste en analizar la aplicación. ¿Es una aplicación alimentaria? ¿Es
una aplicación industrial? El ingeniero de diseño debe definir correctamente el tipo
de intercambiador que se necesita y cumple con los requerimientos de la
aplicación. Como puede verse, existe un amplio abanico de tipos de
intercambiadores de calor.
La temperatura de diseño, la presión de diseño y pérdida de carga máxima
admisible deben definirse para los fluidos de producto y servicio.
14
Paso 2: Identificar las propiedades de los fluidos.
El siguiente paso consiste en analizar los fluidos involucrados: el fluido en el
lado de producto y en el lado de servicio. Para poder realizar un correcto diseño
de un intercambiador de calor, se necesitan conocer cuatro importantes
propiedades físicas de los fluidos implicados:
Densidad
Calor específico
Conductividad térmica
Viscosidad
El modo correcto de proceder es obtener los valores para estos cuatro
parámetros para varias temperaturas en la curva de calentamiento o enfriamiento
de la aplicación. Cuanto mejor se entiendan las propiedades físicas de los fluidos
implicados, más afinado será el diseño del intercambiador. Cualquier error en las
propiedades físicas puede encaminar directamente a un diseño erróneo del
intercambiador.
Paso 3: Balance de energía.
Una vez definidas correctamente las propiedades físicas, se procede a
comprobar el balance energético. Normalmente el cliente define los caudales de
producto y las temperaturas deseadas de entrada y salida de este producto,
también indica el tipo de fluido de servicio a usar y definir dos de los siguientes
tres parámetros: caudal de servicio, temperatura de entrada del servicio o
temperatura de salida del servicio. Conocidos dos de esos tres valores, se puede
resolver la ecuación de balance energético calculando el tercer valor. El poder
completar el paso 3 fija los caudales de entrada y salida tanto del producto como
del servicio.
Paso 4: Definir la geometría del intercambiador de calor.
15
En este paso el ingeniero diseñador define la geometría del intercambiador de
calor. Decidirá el diámetro de la camisa y definirá el haz tubular que se colocará
en el interior del intercambiador de calor: número de tubos interiores, diámetro
interior y grosor de pared de los tubos interiores y longitud de los mismos. En
segundo lugar, se definen las dimensiones de las conexiones de la camisa y
tubos. En este punto debe decidirse también sobre los materiales con los que
debe construirse el intercambiador de calor.
Paso 5: Cálculos térmicos.
En este punto el ingeniero de diseño realiza el cálculo térmico. El objetivo de
este cálculo es obtener los coeficientes de intercambio en el lado de producto y de
servicio. Estos coeficientes dependen básicamente de los cuatro parámetros
clave de los fluidos (definidos previamente) y de la velocidad del (los) fluido(s). La
relación entre los parámetros y los coeficientes de intercambio térmico está
definida en una fórmula matemática que es específica para la geometría aplicada
(intercambiador de calor tubular, de placas, de tubos corrugados).
Conocidos los coeficientes de los fluidos de camisa y tubos, se puede calcular
el coeficiente de transferencia térmica global. Distinguido este valor, es ya posible
calcular el área total necesaria para el intercambio térmico requerido en la
aplicación.
Area = Duty / [K x LMTD]
Área: Área total de intercambio térmico requerida, m2.
Duty: Calor total transferido, Kcal/hr (obtenido del balance energético).
K: Coeficiente de intercambio térmico general, Kcal/hr [hr.m2. ºC].
LMTD: Diferencia de temperatura media logarítmica, ºC (la media
logarítmica de las diferencias de temperatura entre los fluidos de camisa y
tubos sede a lo largo de la longitud del intercambio de calor).
Otro parámetro importante definido es la pérdida de carga que se calcula para
los fluidos de camisa y tubos. La pérdida de carga es una función del número de
16
Reynolds, el tipo de flujo (flujo turbulento o laminar) y el valor de rugosidad de la
camisa y los tubos interiores.
Paso 6: Interpretación de los cálculos térmicos.
El área calculada es comparada con el área definida en el paso 4 (geometría
del intercambiador de calor) y se realizan comprobaciones para ver si las pérdidas
de carga están dentro de los límites de diseño. En caso de que el área calculada
exceda el área definida previamente, la geometría del intercambiador necesita ser
redefinida (más longitud o más tubos interiores). Igual ocurre para la pérdida de
carga: si el valor calculado excede del máximo permitido definido, una nueva
geometría diferente debe asegurar la reducción de la pérdida de carga. La
interpretación de los resultados obtenidos y la adaptación del diseño puede
causar que deban repetirse los pasos 4 a 6, hasta que se obtienen unos
resultados satisfactorios.
Paso 7: Cálculos de diseño mecánico.
Definida la geometría del intercambiador de calor, se deben realizar los
cálculos de diseño mecánico que aseguren que el diseño del intercambiador de
calor es válido para la presión y condiciones de diseño. Los cálculos típicos son:
Cálculos del grosor de la pared de la camisa.
Cálculos del grosor de las conexiones de entrada y salida.
Cálculos del grosor de pared de los tubos interiores.
Cálculos de las dimensiones de las juntas de expansión (para compensar a
la camisa y a los tubos de las diferentes expansiones que sufren debido a
las diferentes temperaturas que soportan).
Cálculos del grosor de los tubos del haz tubular.
Los cálculos de diseño mecánico pueden resultar en la necesidad de un grosor
de pared u otros parámetros que no se ajusten con el diseño geométrico definido
17
en el paso 4. En este caso debe realizarse una nueva propuesta para la
geometría y repetir los pasos del 4 al 7.
Paso 8: Preparación de los planos de fabricación.
Conocidas todas las dimensiones del intercambiador de calor, que ya se
encuentra definido, se pueden preparar los planos de fabricación. Este paquete
de planos contiene detalles de los componentes del intercambiador de calor:
Camisa.
Tubos interiores.
Junta de expansión.
Conexiones.
Peana.
Baffles.
Entre otros.
18
Conclusión
La utilización de los intercambiadores de calor en la industria pueden ahorrar
energía lo cual implica menos costos y mantener las propiedades de tratamiento
de los fluidos los mismos que coadyuvan el optimo desempeño de las maquinas y
equipos. Existen diferentes tipos de intercambiadores (flujo y por construcción),
aplicados en instalaciones industriales, instalaciones navales, instalaciones de
climatización civil que nos han ayudado para los ahorros de costos energéticos.
19
Bibliografía
D. Kern. Procesos de Transferencia de Calor.
F. Mills. Transferencia de Calor.
F.P. Incropera; D.P. DeWitt. Fundamentos de Transferencia de Calor.
Heat exchangers. Selection, Rating and Thermal Design, S. Kakaç, H. Liu.
CRC Press, Boca Ratón, 1997.
J. P. Holman. Transferencia de Calor.
R. Bird; W. Stewart y E. Lightfoot. Fenómenos de Transporte.
20
Lista de símbolos abreviaturas y glosario de términos
Ao: Área exterior.
D: Diámetro interior del tubo.
Deq: Diámetro equivalente.
Dc: Diámetro del casco para el área total de los tubos.
di: Diámetro interior de los tubos (carcasa y tubo).
do: Diámetro exterior de los tubos (carcasa y tubo).
f: Factor de fricción de Fanning.
G: Flujo másico por unidad de área.
hi: Coeficiente de transferencia de calor para el fluido interno.
ho: Coeficiente de transferencia de calor para el fluido exterior.
k: Conductividad térmica.
Kf : Factor de pérdidas para los retornos de flujo por los tubos.
L: Longitud del intercambiador.
NB: Número de deflectores.
Npc: Número de pases por la carcasa.
NT: Número de tubos.
Nu: Número de Nusselt
Re: Número de Reynolds.
∆P: Caída de presión.
v : Velocidad promedio del fluido en el tubo.
ρ: Densidad del fluido.
ε: Factor de rugosidad.
21