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“Handbook of Chemical Processing Equipment” de Nicholas P. Cheremisinoff, Ph.D.
Capítulo 1: Equipos de intercambiado de calor
CONTENIDO
Página
1. INTRODUCCIÓN...................................................................................................................................1
2. CONCEPTOS GENERALES DE TRANSFERENCIA DE CALOR.......................................................4
3. INTERCAMBIADORES DE CALOR REFRIGERADOS POR AIRE.....................................................9
Capítulo 1. Equipos de intercambio de calor
.Introducción
Conceptos generales de transferencia de calor
Intercambiadores de calor refrigerados por aire
Tipo de carcasa y tubo de intercambiadores de calor
Spiral-Plate Intercambiadores de calor
Placa-y-Frame intercambiadores
Ruptura del tubo intercambiador de calor
Los condensadores
Refrigeración de absorción Steam-Driven
Cierre
Nomenclatura
Lecturas recomendadas
1. INTRODUCCIÓN
Antes del siglo XIX, se creía que el sentido de cómo un objeto caliente o frío se sentía era determinado
por cuánto "calor" contenía. El calor fue concebido como un líquido que fluía del objeto más caliente a
un objeto más frío; este líquido ingrávido fue llamado "calórico", y hasta los escritos de Joseph Black
(1728-1799), no se hizo ninguna distinción entre calor y temperatura. El negro se distinguió entre la
cantidad (calorías) y la intensidad (temperatura) de calor. Benjamin Thomson, Conde Rumford, publicó
un documento en 1798 titulado "Una investigación acerca de la fuente de calor que está excitado por
fricción". Rumford había notado la gran cantidad de calor generado cuando un cañón fue perforado.
Él dudaba que una sustancia material estaba fluyendo en el cañón y concluyó "me parece
extremadamente difícil, si no imposible, para formar cualquier idea distinta de cualquier cosa capaz de
ser excitada y comunicarse de la manera que el calor estaba excitado y comunicado en estos
experimentos excepto el movimiento".
Pero no fue hasta que J. P. Joule publicó un artículo definitivo en 1847 que se abandonó la idea de
calorías. Joule demostró de forma concluyente que el calor era una forma de energía. Como resultado
de los experimentos de Rumford, Joule, y otros, se demostró (explícitamente por Helmholtz en 1847),
que las diferentes formas de energía pueden transformarse unas en otras.Cuando el calor es
transformado en otra forma de energía, o cuando otras formas de energía son transformadas en calor,
la cantidad total de energía en el sistema es constante. Esto es conocido como la primera ley de la
termodinámica, la conservación de la energía. Para expresarlo de otra manera: no es de ninguna
manera posible, ya sea por medios mecánicos, térmicos, químicos u otros medios, obtener una
máquina de movimiento perpetuo, es decir, capaz de crear su propia energía.

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Una segunda declaración también puede hacerse acerca de cómo funcionan las máquinas. Una
máquina de vapor utiliza una fuente de calor para producir trabajo. ¿Es posible convertir
completamentela energía térmica en trabajo, por lo que es una máquina eficiente al 100%? La
respuesta está en la segunda ley de la termodinámica: Ninguna máquina cíclica puede
convertirtotalmente la energía calórica en otras formas de energía. No es posible construir unamáquina
cíclica que no hace más que retirar la energía de calor y convertirlo enenergía mecánica.
La segunda ley de la termodinámica implica la irreversibilidad de ciertos procesos - que convertir todo
el calor en energía mecánica, aunque es posible tener una máquina cíclica que no hace sino convertir
energía mecánica en calor.
Sadi Carnot (1796-1832) llevó a cabo estudios teóricos de las eficiencias de máquinas térmicas (una
máquina que convierte parte de su calor en trabajo útil). Él intentó modelar la máquina térmica más
eficiente posible. Su trabajo teórico sirvió de base para la mejora concreta en la máquina de vapor y
también estableció los fundamentos de la termodinámica. El describió una máquinaideal llamada
máquina de Carnot, que es la manera más eficiente que una máquina se puede construir. Él mostró
que la eficiencia de una máquina tal es dada por:
Eficiencia = 1 −
𝑇′′
𝑇′
Donde las temperaturas, 𝑇′ y 𝑇′′, son los reservorios frio y caliente, respectivamente, entre los cuales
opera la máquina. En esta escala de temperatura, una máquina térmica cuyo reservorio más frío es
cero grados operaría con una eficiencia del 100%. Esta es una definición del cero absoluto. La escala
de temperatura es llamada termodinámica absoluta, o escala de Kelvin.
La manera, que la escala de temperatura del gas y la escala de temperatura termodinámica se
muestran idénticas, se basa en la interpretación microscópica de temperatura, que postula que la
cantidad medida macroscópicamente llamada temperatura, es resultado de los movimientos aleatorios
de las partículas microscópicas queconforman un sistema.Casi al mismo tiempo que la termodinámica
fue evolucionando, James Maxwell y Ludwig Boltzmanndesarrollaron una teoría, describiendo la forma
en que las moléculas se movían - dinámica molecular. Las moléculas que componen un gas perfecto
se mueven alrededor, chocando unos con otros como bolas de billar y rebotando de la superficie del
recipiente que contiene el gas. La energía, asociada con el movimiento, se llama energía cinética y
ésta cinética aprovecha el comportamiento de gases ideales que llevaron a una interpretación del
concepto de temperatura en una escala microscópica.
La cantidad de energía cinética que cada molécula tiene es una función de su velocidad; para el gran
número de moléculas en un gas (incluso a baja presión), debería ser un rango de velocidades en
cualquier instante de tiempo. Las magnitudes de la velocidad de diversas partículas deberían variar
mucho; no cabe esperar que dos partículas tienen exactamente la misma velocidad. Algunas pueden
estar moviéndose muy rápido; otros - con bastante lentitud.
Maxwell descubrió que podía representar la distribución de las velocidades estadísticamente por una
función, conocida como la distribución de Maxwell. Las colisiones de las moléculas con sus recipientes
dan lugar a la presión del gas. Al considerarse la fuerza media ejercida por las colisiones moleculares
en la pared, Boltzmann fue capaz de demostrar que la energía cinética promedio de las moléculas era
directamente comparable a la medida de la presión, y cuanto mayor es la energía cinética promedio,
mayor será la presión.
De la Ley de Boyle, se sabe que la presión es directamente proporcional a la temperatura, por lo tanto,
se demostró que la energía cinética de las moléculas está relacionada directamente con la temperatura
del gas. Una relación termodinámica sencilla que vale para esto:

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Energía cinética media de las moléculas =
3𝑘𝑇
2
Donde k es la constante de Boltzmann. La temperatura es una medida de la energía del movimiento
térmico y a una temperatura de cero, la energía alcanza un mínimo (mecánica cuántica, el movimiento
del punto cero se mantiene en 0 K).En 1902, Gibbs introdujo la mecánica estadística con la cual
demostró cómo los valores medios de las propiedades de un sistema podrían ser predichos a partir de
un análisis de los valores más probables de estas propiedades encontradasa partir de un gran número
de sistemas idénticos (llamado un conjunto). Una vez más, en la interpretación mecánica estadística
de la termodinámica, el parámetro clave esidentificado con una temperatura, que puede estar
directamente vinculada a la temperatura termodinámica, con la temperatura de la distribución de
Maxwell, y con la leyde los gases perfectos.
La temperatura se convierte en una cantidad definible en términos de cantidades macroscópicas
termodinámicas, como el calor y el trabajo, o, con la misma validez e idénticos resultados, en términos
de una cantidad, que caracteriza la distribución de energía entre las partículas en un sistema. Con esta
comprensión delconcepto de temperatura, es posible explicar cómo fluye calor (energía térmica) de un
cuerpo a otro. La energía térmica es transportada por las moléculas en forma de sus movimientos
yalgunas de ellas a través de colisiones moleculares, se transfiere a las moléculas de un segundo
objeto, cuando se ponga en contacto con él. Este mecanismo de transferencia de energía térmicase
llama conducción.
Un segundo mecanismo de transporte de calor es ilustrado por una olla de agua a herviren una estufa
- el agua más caliente más cercana a la llama se elevará para mezclarse con el agua más fríacerca de
la parte superior de la olla. La convección implica el movimiento corporal de las moléculas más
energéticas en un líquido o gas. La tercera manera, que la energía térmica puede sertransferido de un
cuerpo a otro, es por la radiación; esta es la forma en que el solcalienta la tierra. La radiación fluye
desde el Sol a la Tierra, donde una partese absorbe, calentando la superficie.
Estos conceptos históricos y fundamentales son la base para el diseño, aplicaciones y operaciones de
una clase importante de los equipos que se utilizan en las industrias de proceso químico - equipos de
intercambio de calor o intercambiadores de calor. Hay muchas variaciones de estos equipos y una
multitud de aplicaciones. Sin embargo, las configuraciones de diseño para estos equipos son
universales, lo que significa que generalmente no son específicos a un sector industrial en particular.
En los Estados Unidos en 1998, las industrias de procesos químicos invirtieron más de $700 millones
en bienes de capital relacionados con la transferencia de calor.Gran parte de esa inversión fue
impulsado por un creciente cuerpo de legislación medio ambiental, como las modificaciones de la Ley
de Aire Limpio de EE.UU. El uso de condensadores de ventilación, por ejemplo, que usan
intercambiadores de calor para reducir el volumen deemisiones de la chimenea, va en aumento. Los
fabricantes de intercambiadores de calor han respondido a las crecientes preocupaciones ambientales
sobre las emisiones fugitivas, así como por el desarrollo de un nuevo tipo de intercambiador de calor
hermético, diseñado para mantener el proceso de fugas de líquidos y compuestos orgánicos volátiles
se escapen a la atmósfera.
Los intercambiadores con juntas están beneficiando de las mejoras en la calidad ydiversidad de
materiales elastómeros y diseños de junta. El uso de intercambiadores con uniones soldadas, en lugar
de juntas, también está reduciendo la probabilidad de que el líquido salga del proceso. A lo largo de la
década de 1990, el uso de intercambiadores de calor se ha extendidoen aplicaciones no tradicionales.
Esto, junto con una variedad de innovaciones de diseño, ha dado los ingenieros químicos una variedad
más amplia de opciones de intercambiador de calorpara elegir como nunca antes. Las condiciones de
funcionamiento, facilidad de accesoparainspección y mantenimiento, y la compatibilidad con los fluidos
de procesoson sólo algunos de las variables de los ingenieros de procesos químicos industriales deben
tener en cuenta al evaluar opciones de intercambiador de calor. Otros factores incluyen: presión

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máxima y temperatura,aplicaciones de calentamiento o enfriamiento,requisitos de mantenimiento,
compatibilidad de materialescon fluidos de proceso, la compatibilidad de la junta con los fluidos de
proceso, la limpieza de las corrientes, y el aprovechamiento de temperatura. En este capítulo se
proporciona una visión general de lamayoría de equipos comúnmente empleados. Se hace énfasis en
las características prácticas de esos sistemas, y ejemplos típicos de aplicaciones industriales.
2. CONCEPTOS GENERALES DE TRANSFERENCIA DE CALOR
El término calor en física, se refiere a la transferencia de energía de una parte de una sustancia a otra,
o de un objeto a otro, a causa de la diferencia en temperatura. El calor fluye de una sustancia de mayor
temperatura a otra de menor temperatura,siempre que los volúmenes de los objetos se mantengan
constantes. El calor no fluye de menor a mayor temperatura, a menos que otra forma de transferencia
de energía, o trabajo, también esté presente. Hasta principios del siglo XIX, se pensaba que el calor
era una invisible sustancia llamada caloría. Un objeto a una temperatura alta se pensaba que contiene
más calorías que uno a una temperatura baja. Sin embargo, el físico británico Benjamín Thompson en
1798 y el químico británico Humphry Davy en 1799 presentó la evidencia que el calor, como el trabajo,
es una forma de transferencia de energía. En una serie de experimentos entre 1840 y 1849, el físico
británico James Prescott Joule proporcionó pruebas concluyentes de que el calor es una forma de
energía en tránsito, y que puede causar los mismos cambios como el trabajo.
La sensación de calor o frío es causada por la temperatura. La adición de calor a unasustancia no sólo
eleva su temperatura, pero también produce cambios en otras cualidades. La sustancia se expande o
se contrae; su resistencia eléctrica cambia; y en la forma gaseosa, su presión cambia. Cinco diferentes
escalas de temperatura están en uso hoy en día: Celsius, Fahrenheit, Kelvin, Rankine, y termodinámica
internacional.
El termino resistencia se refiere a la propiedad de un objeto o sustancia para resistir u oponerse al
flujo de una corriente eléctrica. La unidad de resistencia es el ohmio. La abreviación para la resistencia
eléctrica es R y el símbolo para ohmios es la letra griega omega, Ω. Para ciertos cálculos eléctricos el
recíproco de la resistenciaesusado, 1/R, que se denomina conductancia, G. La unidad de conductancia
es el mho, u ohm escrito al revés, y el símbolo es un omega invertido.
Presión, en mecánica, es la fuerza por unidad de área ejercida por un líquido o gas en un objeto o
superficie, la fuerza que actúa en ángulo recto a la superficie y por igual en todas las direcciones. En
los Estados Unidos, la presión se mide generalmente en libras por pulgada cuadrada (psi); en el uso
internacional, en kilogramos por centímetros cuadrados, o en atmósferas; y en el sistema métrico
internacional (SI), en newtons por metro cuadrado (Sistema Internacional de Unidades). La mayoría de
los medidores de presión registran la diferencia entre una presión de fluido y la presión atmosférica
local. Tipos de medidores de presión comunes incluyen manómetros de tubo en U, para medir
pequeñas diferencias de presión; manómetros Bourdon, para la medición de diferencias de presión
más altas; medidores que utilizan elementos sensores piezoeléctricos o electrostáticos, para el registro
de las presiones que cambian rápidamente; manómetros McLeod, para la medición de gases con
presiones muy bajas; y los indicadores que utilizan radiación, ionización o efectos moleculares para
medir las presiones bajas de gas (en la tecnología de vacío). En la atmosfera la disminución del peso
de la columna de aire con la altura conduce a una reducción en la presión atmosférica local. La presión
parcial es la presión efectiva que un solo gas ejerce en una mezclade gases.En la atmósfera,la presión
total es igual a la suma de las presiones parciales.
El calor se mide en términos de las calorías, que se define como la cantidad de calor necesario para
elevar la temperatura de 1 gramo de agua a una presión de 1 atmósfera a partir de 15° a 16°C. Esta
unidad es a veces llamada pequeña caloría o gramos de caloría, para distinguirla de la caloría grande,
o kilocaloría, igual a 1000 calorías pequeñas, que es utilizado en los estudios nutricionales. En la
práctica de ingeniería mecánica en los Estados Unidos y el Reino Unido, el calor se mide en unidades

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térmicas británicas (Btu). Un Btu es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 libra
de agua, 1 °F y es igual a 252 calorías.
El termino calor latente es el proceso del cambio de solido a gas el cual es referido como sublimación;
de sólido a líquido, comofusión; y de líquido a vapor, comovaporización. La cantidad de calor requerida
para producir un cambio de fase se llama calor latente. Si el agua hirvió en un recipiente abierto a la
atmosfera a una presión de 1 atmosfera, su temperatura no alcanza los 100 °C (212 °F), no importa
cuánto calor se añade. El calor que se absorbe sin cambiar la temperatura es calor latente; que no se
pierde, pero se gasta en cambiar el agua en vapor.
La regla de las fases es una expresión matemática que describe el comportamiento desistemas
químicos en equilibrio. Un sistema químico es cualquier combinación desustancias químicas. Existen
las sustancias en forma de gas, líquido o fases sólidas. La regla de las fases sólo se aplica a los
sistemas, llamados sistemas heterogéneos, en la que doso más fases distintas están en equilibrio. Un
sistema no puede contener más deuna fase gas, pero puede contener cualquier número de fases
líquidas y sólidas. Una aleaciónde cobre y níquel, por ejemplo, contiene dos fases sólidas. La ley hace
posible la correlación simple de grandes cantidades de datos físicos ypredicción limitada del
comportamiento de los sistemas químicos. Se utiliza en particular en preparación de aleaciones, en
ingeniería química y en geología.
El tema de la transferencia de calor se refiere al proceso por el cual la energía en la forma de calor es
intercambiada entre objetos, o partes del mismoobjeto, a diferentes temperaturas. El calor se transfiere
generalmente por radiación, convección, o conducción, procesos que pueden ocurrir simultáneamente.
La conducción es el único método de transferencia de calor en sólidos opacos. Si la temperatura en
un extremo de una barra de metal se eleva, el calor se desplaza al extremo más frío. El mecanismo de
conducción en sólidos se cree que es debido en parte al movimiento de los electrones libres en la
materia sólida. Esta teoría ayuda a explicar por qué los buenos conductores de la electricidad también
tienden a ser buenos conductores del calor. En 1882 el francés matemático Jean Baptiste Joseph
Fourier formuló una ley que la velocidad, a la cual el calor es conducido a través de una superficie de
un objeto, es proporcional a la negativa del cambio de temperatura a través del objeto. La conducción
se produce también entre dos objetos, si se ponen en contacto. La conducción entre una superficie
sólida y un líquido o gas en movimiento se llama convección. El movimiento del fluido puede ser natural
o forzada. Si se calienta un líquido o un gas, su masa por unidad de volumen generalmente disminuye.
Si la sustancia está en un campo gravitatorio, el fluido más caliente, más ligerose eleva mientras que
los sumideros más fríos, más pesados se hunden. Este tipo de movimiento se llamaconvección natural.
La convección forzada se consigue poniendo el fluido entrediferentes presiones, y así forzar el
movimiento que se produzca de acuerdo con la ley de mecánica de fluidos.
La radiación es un proceso que es diferente de la conducción y la convección, porque las sustancias
de intercambio de calor no tienen que ser tocadas y pueden incluso ser separados por un vacío. Una
ley formulada por el físico alemán Max Planck en 1900 declara, en parte, que todas las sustancias
emiten energía radiante, simplemente porque tienen una temperatura absoluta positiva. Cuanto mayor
sea la temperatura, mayor es lacantidad de energía emitida. Además de emitir, todas las sustancias
son capaces de absorber la radiación. Las características de absorción, reflexión y transmitancia
depende de la longitud de onda de la radiación.
Además de procesos de transferencia de calor que resultan en elevar o bajar temperaturas, la
transferencia de calor también pueden producir cambios de fase en una sustancia, tal como la fusión
del hielo. En ingeniería, los procesos de transferencia de calor se diseñan generalmente para tomar
ventaja de esta capacidad. Por ejemplo, una cápsula espacial que vuelve a entrar en la atmósfera a
velocidades muy altas está provisto de un escudo térmico que se funde para evitar el
sobrecalentamiento del interior de la cápsula. El calor de fricción, producido por la atmosfera, se utiliza
para girar el escudo de sólido a líquido y no elevar la temperatura de la cápsula.

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La evaporación es el cambio gradual de un líquido a un gas sin hervir. Las moléculas del líquido se
mueven constantemente. La velocidad molecular promedio depende de la temperatura, pero las
moléculas individuales pueden moverse mucho más rápido o más lentas que el promedio. A
temperaturas por debajo del punto de ebullición, las moléculas más rápidas se acercan a la superficie
del líquido que pueden tener suficiente energía para escapar como moléculas de gas. Debido a que
sólo las moléculas más rápidas escapan, la velocidad media de las moléculas restantes disminuye,
disminuyendo la temperatura del líquido, que depende de la velocidad media de las moléculas.
Un tema adicional para discutir desde un punto de vista de introducción es el aislante térmico de los
materiales. Estos materiales se utilizan para reducir el flujo de calor entre las regiones calientes y frías.
El revestimiento a menudo se coloca alrededor de vapor y tuberías de agua caliente, por ejemplo,
reduce la pérdida de calor a los alrededores, y el aislamiento colocado en las paredes de un refrigerador
reduce el flujo de calor en la unidad y permite que permanezca frío.
El aislamiento térmico generalmente tiene que cumplir una o más de tres funciones: reducir la
conducción térmica en el material de donde el calor es transferido por acción molecular o electrónica;
reducir las corrientes de convección térmica, que pueden configurarseen el aire o espacios líquidos; y
reducir la transferencia de calor por radiación en energía térmica que es transportada por las ondas
electromagnéticas. La conducción y la convección pueden sersuprimida en el vacío, donde la radiación
se convierte en el único método dela transferencia de calor. Si las superficies se hacen altamente
reflectantes, la radiación puede ser también reducida. Como ejemplos, papel de aluminio fino se puede
utilizar en la construcción de muros, y el metal reflector en los techos minimiza el efecto de
calentamiento del sol. Termoso frascos Dewar proporcionan el aislamiento a través de un arreglo de
doble pared desalojada en la que las paredes tienen revestimientos de plata o de aluminio reflectantes.
El aireofrece resistencia al flujo de calor a una velocidad de aproximadamente 15.000 veces mayor que
la de un buen conductor térmico, como la plata, y alrededor de 30 veces mayor que la del vidrio.
Los materiales aislantes típicos, por lo tanto, se hacen generalmente de materiales no metálicos y están
llenos de bolsas de aire pequeñas. Ellos incluyen carbonato de magnesio, corcho, fieltro, relleno de
algodón, roca o fibra de vidrio, y la tierra de diatomeas. Los asbestos fueron una vez ampliamente
utilizados para aislamiento, pero se ha encontrado que es un peligro para la salud y han sido por lo
tanto prohibidos en las nuevas construcciones en los EE.UU.
En los materiales de construcción, las bolsas de aire proporcionan un aislamiento adicional en ladrillos
de vidrio hueco, vidrio aislante o vidrio térmico (dos o tres hojas de vidrio sellados con un fino espacio
de aire entre ellos), y la baldosa de hormigón parcialmente hueco. Las propiedades aislantesse
reducen, si el espacio de aire se hace lo suficientemente grande como para permitir la convección
térmica,o, si la humedad se filtra y actúa como un conductor. La propiedad de aislamiento de prendas
secas, por ejemplo, es el resultado de aire atrapado entre las fibras; estacapacidad de aislamiento
térmico se puede reducir de manera significativa por la humedad. La calefacción de la casa y los costos
del aire acondicionado se pueden reducir mediante un aislamiento adecuado del edificio. En climas
fríos se recomiendan unos 8 cm (aproximadamente 3 pulgadas) de aislamiento de la pared y alrededor
de 15 a 23 cm (aproximadamente 6 a 9 pulgadas) de aislamiento del techo. La resistencia efectiva al
flujo de calor se expresa convencionalmente por su valor R (valor de resistencia), que debeser de
aproximadamente 11 para la pared y 19 a 31 para el aislamiento del techo.
El súper aislamiento se ha desarrollado, principalmente para su uso en el espacio, donde es necesaria
la proteccióncontra las temperaturas externas cercanas al cero absoluto. El tejido de súper aislamiento
consta de varias hojas de mylar aluminizado, cada uno de aproximadamente 0,005 cm de espesor
(aproximadamente 0,002 in.) y separadas por delgados separadores con aproximadamente 20 a 40
capas por cm (alrededor de 50 a 100 capas por in.).
Expresiones que gobiernan los intercambiadores de calor

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Cuando una corriente de fluido caliente y una corriente de fluido frío, separados por una pared
conductora, intercambia calor, el calor que se transfiere a través de un elemento diferencial puede estar
representado por la siguiente expresión (consulte la Figura 1):
𝑑𝑞 = 𝑈 ∆𝑡 𝑑𝐴
Dónde:
𝑑𝑞 = 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜 𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑣é𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝐴 (𝑊)
𝑈 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑔𝑙𝑜𝑏𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 (𝑊/𝑚. 𝐾)
∆𝑡 = 𝐷𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑣é𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝐴 ( 𝐾)
𝑑𝐴 = Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑙 𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 (𝑚2)
Las expresiones pueden ser integradas sobre todo el intercambio de calor utilizando la simplificación
que los cambios en U con la temperatura y la posición son despreciables.
Figura 1. Intercambio de calor a través de un elemento diferencial en un intercambiador de calor.
De esta manera, un valor promedio de U puede ser aplicado a todo el intercambiador. Idealmente, el
calor perdido por la corriente de fluido caliente es transferido totalmente a la corriente fría, y, por lo
tanto, se integran los resultados en la siguiente expresión:
𝑞 = 𝑈 𝐴 ∆𝑡 𝑙𝑚
Dónde:
𝐴 = Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 (𝑚2)
𝑞 = 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜 (𝑊)
𝑈 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑔𝑙𝑜𝑏𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟, 𝑎𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜 𝑐𝑡𝑒 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑐𝑎𝑚𝑏𝑖𝑎𝑑𝑜𝑟 (𝑊/𝑚2.𝐾)
∆𝑡𝑙𝑚 = 𝐷𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑙𝑜𝑔𝑎𝑟í𝑡𝑚𝑖𝑐𝑎 ( 𝐾)
∆𝑡 𝑙𝑚 =
Θ
Γ
Dónde:
Θ = ( 𝑡ℎ,𝑖𝑛 − 𝑡 𝑐,𝑜𝑢𝑡) − (𝑡ℎ,𝑜𝑢𝑡 − 𝑡 𝑐,𝑖𝑛)
Γ = ln((𝑡ℎ,𝑖𝑛 − 𝑡 𝑐,𝑜𝑢𝑡) − (𝑡ℎ,𝑜𝑢𝑡 − 𝑡 𝑐,𝑖𝑛))
El coeficiente global de transferencia de calor, U, es una medida de la conductividad de todos los
materiales entre las corrientes caliente y fría. Para el estado estacionario de transferencia de calor a
través de la película por convección en el exterior de la tubería del intercambiador, a través de la pared
de la tubería y a través de la película por convección en el interior de la tubería convectiva, el coeficiente
global de transferencia de calor podría estar declarado como:
1
𝑈
=
𝐴
ℎ1 𝐴1
+ 𝐴
Δ𝑥
𝑘𝐴 𝑙𝑚
+
𝐴
ℎ2 𝐴2
Dónde:
𝐴 = Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 (𝑚2)

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ℎ1 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎 (𝑊/𝑚2. 𝐾)
𝐴1 = Á𝑟𝑒𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎 (𝑚2)
𝛥𝑥 = 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟𝑖𝑎 (𝑚)
𝑘 = 𝐶𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑡é𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎 (𝑊/𝑚. 𝐾)
ℎ2 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎 (𝑊/𝑚2.𝐾
𝐴2 = Á𝑟𝑒𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎 (𝑚2)
𝐴 𝑙𝑚 es el área media logarítmica de la tubería (en m2
) definido como:𝐴 𝑙𝑚 = (𝐴1 − 𝐴2)/ln(𝐴1/𝐴2)
La estimación de coeficientes de transferencia de calor por fuerza de convención de un fluido en
tuberías está usualmente basada en expresiones empíricas. La expresión más bien conocida para este
propósito es:
𝑁𝑢 = 0.023 𝑅𝑒0.8 𝑃𝑟0.33
Dónde Nu es el número de Nusselt, un grupo adimensional que define la significancia relativa del
coeficiente de transferencia de calor de la película a la conductividad de la pared de la tubería, Re es
el número de Reynolds, el cual relaciona las fuerzas de inercia con las fuerzas viscosas y de este modo
caracterizar el tipo de régimen de flujo, y Pr es el número de Prandtl, el cual relaciona las propiedades
térmicas del fluido con la conductividad de la tubería.
Es bien conocido de los estudios de transferencia de calor que el coeficiente de transferencia de calor
del fluido, h1, es proporcional a la velocidad, v, del fluido elevado a la potencia 0.8. Si todos los otros
parámetros se mantienen constantes, se sigue que una gráfica de 1/v0.8
versus 1/U resulta en una línea
derecha con un intercepto, que representa la suma de la conductancia de la película de vapor y la
conductancia de la pared. Conociendo la conductancia de la pared, la conductancia del vapor de la
película puede ser determinada del valor del intercepto. Muchas de las propiedades usadas en la
expresión empírica son funciones de temperatura. En general, las propiedades se necesitaron para
evaluar la expresión empírica de arriba en la temperatura promedio del seno del fluido, por ejemplo, el
promedio entre las temperaturas de entrada y de salida. Sin embargo, para el agua se debe aplicar una
corrección de temperatura. La gráfica de temperatura corregida para el agua sería 1/(1+0.011t) v0.8
versus 1/U, donde t es el promedio de la temperatura del fluido medida en °F. El gráfico resultante
debería ser lineal para cada presión de vapor por separado, de este modo produciendo una seria de
líneas con la misma pendiente, pero teniendo un intercepto diferente, que es una función de presión.
Otra área para considerar es la eficiencia del intercambiador de calor. El concepto de eficiencia es
compararel rendimiento actual de una pieza del equipo con el rendimiento ideal (por ejemplo, el máximo
potencial de transferencia de calor). La máxima transferencia de calor posible está establecida por la
corriente que tiene la mínima capacidad de calor. Ese es el valor mínimo para el producto de la
velocidad del flujo másico de la corriente y calor específico. Esta corriente sería, para la transferencia
máxima de calor, que deja el intercambiador en la temperatura de entrada de la otra corriente. En
términos de la corriente de calor, la eficiencia se puede expresar como:
𝑒 = 𝐶 𝑝,ℎ 𝑚ℎ (𝑡ℎ,𝑖𝑛 − 𝑡ℎ,𝑜𝑢𝑡)/(( 𝐶 𝑝 𝑚)
𝑚𝑖𝑛
(𝑡ℎ,𝑖𝑛 − 𝑡 𝑐,𝑖𝑛))
Y, en términos de la corriente fría:
𝑒 = 𝐶 𝑝,𝑐 𝑚𝑐 (𝑡 𝑐,𝑖𝑛 − 𝑡 𝑐,𝑜𝑢𝑡)/(( 𝐶 𝑝 𝑚)
𝑚𝑖𝑛
( 𝑡ℎ,𝑖𝑛 − 𝑡 𝑐,𝑖𝑛))
En las expresiones de arriba:
𝑒 = 𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑐𝑎𝑚𝑏𝑖𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟.
𝑡ℎ,𝑖𝑛 = 𝑙𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 ( 𝐾),
𝑡 𝑐,𝑜𝑢𝑡 = 𝑙𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑓𝑟í𝑎 ( 𝐾).

9. 9
𝑡ℎ,𝑜𝑢𝑡 = 𝑙𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 ( 𝐾),
𝑡 𝑐,𝑖𝑛 = 𝑙𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑓𝑟í𝑎 ( 𝐾).
𝐶 𝑝,ℎ 𝑚 = 𝑒𝑙 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟í𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑦 𝑙𝑎 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑚á𝑠𝑖𝑐𝑜 .
𝐶 𝑝,ℎ 𝑚 = 𝑒𝑙 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟í𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑓𝑟í𝑎 𝑦 𝑙𝑎 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑚á𝑠𝑖𝑐𝑜.
( 𝐶 𝑝 𝑚)
𝑚𝑖𝑛
= 𝑒𝑙 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑦 𝑙𝑎 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑚á𝑠𝑖𝑐𝑜 .
Conociendo la eficiencia, uno puede usar este valor para predecir el rendimiento del intercambiador de
calor para otras corrientes y fluidos. La eficiencia está basada en la cantidad máxima de calor que
puede ser transferido:
𝑞 = 𝑒 ( 𝐶 𝑝 𝑚)
𝑚𝑖𝑛
( 𝑡ℎ,𝑖𝑛 − 𝑡 𝑐,𝑖𝑛)
3. INTERCAMBIADORES DE CALOR REFRIGERADOS POR AIRE
Los intercambiadores de calor refrigerados por aire son usados para transferir calor de un fluido de
proceso al aire ambiente. El fluido de proceso está dentro delos tubos conductores de calor. El aire
atmosférico, el cual sirve como el refrigerante, es causado para fluir perpendicularmente a través de
los tubos con el propósito de remover calor. En un intercambiador típico refrigerado por aire, el aire
ambiente es forzado o inducido por un ventilador o ventiladores para fluir verticalmente a través de una
secciónhorizontal de tubos. Para aplicaciones de condensación, el haz puede estar inclinado o vertical.
Del mismo modo, para los intercambiadores de calor refrigerados por aire relativamente pequeños, el
flujo de aire puede ser horizontal a través de haces de tubos verticales.
Con el fin de mejorar las características de transferencia de calor de los intercambiadores refrigerados
por aire, los tubos están provistos de aletas externas. Estas aletas pueden dar lugar a un sustancial
aumento de la superficie de transferencia de calor. Los parámetros tales como la longitud del haz, la
anchura y número de filas de tubos varía con la aplicación particular, así como el particular diseño del
tubo con aletas.
La elección de si los intercambiadores de calor refrigerados por aire se deben utilizar es esencialmente
una cuestión de economía incluyendo primeros gastos o costos de capital, operación y los gastos de
mantenimiento, los requisitos de espacio, y las consideraciones ambientales; e implica una decisión de
sopesar las ventajas y desventajas de la refrigeración con aire.
Las ventajas de la refrigeración con aire se pueden ver al comparar la refrigeración por aire con la
alternativa de enfriamiento con agua. Las principales ventajas y desventajas de los intercambiadores
de calor refrigerados por aire se resumen en la Tabla 1. Estos problemas deben ser examinados en
una base de caso por caso para determinar si los sistemas refrigerados por aire son económicos y
prácticos para la aplicación prevista. Los sistemas específicos son descritos más adelante en este
capítulo. Los principales componentes de los intercambiadores de calor refrigerados por aire incluyen
el tubo con aletas, el haz de tubos, el ventilador y el ensamblaje de la unidad, una cámarade distribución
de aire, y el montaje general de la estructura. Cada componente se describe brevemente a
continuación.
Tubos con aletas
Lo común a todos los intercambiadores de calor refrigerados por aire es el tubo, a través del cual el
flujo del proceso fluye. Para compensar las pobres propiedades de transferencia de calor del aire, el
cual fluye a través del exterior del tubo, y para reducir las dimensiones globales del intercambiador de
calor, se añaden aletas externas al exterior del tubo. Una amplia variedad de tipos de tubos con aletas
está disponible para su uso en intercambiadores refrigerados por aire. Estos varían en geometría,
materiales y métodos de construcción, que afectan tanto al lado del aire, el rendimiento térmico y la

10. 10
caída de presión lateral del aire. Además, las combinaciones particulares de materiales y/o métodos de
unión de las aletas pueden determinar las limitaciones de temperatura máxima de diseño para los
entornos de tubos y los limites ambientales, en la que se podría utilizar el tubo. El uso de un tubo de
aletas en particular es esencialmente una cuestión de acuerdo entre el fabricante del intercambiador
de calor refrigerado por aire y el usuario. Los tubos con aletas pueden diferir en los medios, por lo que
las propias aletas están pegadas o unidas al tubo liso.
Tabla 1. Ventajas y desventajas de los dispositivos de intercambio de calor refrigerado por aire.
Ventajas
Puesto que el agua no es utilizada como el medio refrigerante, las desventajas del uso del agua son
eliminadas.
Elimina el alto costo del agua incluyendo el costo de tratamiento del agua.
La contaminación térmica o química de los recursos hídricos se evita.
La instalación se simplifica debido a la eliminación de tubería de agua refrigerante.
La ubicación de los intercambiadores de calor refrigerados por aire es independiente de la ubicación
del suministro del agua.
El mantenimiento puede ser reducido debido a la eliminación de las características de ensuciamiento
de agua que pudieran requerir una limpieza frecuente de los intercambiadores de calor enfriados por
agua.
Los intercambiadores de calor refrigerados por aire seguirán funcionando (pero a una capacidad
reducida) debido a la radiación y la circulación del aire por convección natural debe producirse un
fallo de alimentación.
El control de temperatura del fluido de proceso puede llevarse a cabo fácilmente mediante el uso de
persianas, aspas del ventilador de paso variable, variadores de velocidad, o, en instalaciones de
múltiples ventiladores, apagando ventiladores según se requiera.
Desventajas
Puesto que el aire tiene relativamente pobres propiedades de transporte térmicoen comparacióncon
el agua, el intercambiador de calor refrigerado por aire podría tener mucha más superficie de
transferencia de calor. Un requerimiento de espacio grande puede resultar.
Las diferencias de temperatura aprovechadas entre la temperatura del fluido del proceso de salida y
la temperatura del aire ambiente están generalmente en el intervalo de 10 a 15 K. Normalmente, los
intercambiados de calor enfriados por agua pueden ser diseñados para los aprovechamientos más
cercanos de 3 a 5 K. Por supuesto, los aprovechamientos más cercanos para los intercambiadores
de calor refrigerados por aire pueden ser diseñados, pero por lo general estos no se justifican sobre
una base económica.
El funcionamiento en exteriores en ambientes fríos de invierno puede requerir una consideración
especial para evitar congelación del fluido al lado del tubo o la formación de hielo en la superficie
exterior.
El movimiento de grandes volúmenes de aire enfriado se logra por la rotación de las aspas del
ventilador de grandes diámetros que giran a altas velocidades. Como resultado, se genera ruido
debido a las turbulencias de aire y a la alta velocidad del ventilador.
Este enlace puede sermecánico o metalúrgico en la naturaleza. Las uniones metalúrgicas son aquellas
en las cuales una soldadura, aleación o galvanización recubre la aleta y el tubo liso o en el que la aleta
está soldada al tubo. Las aletas son extruidas o mecanizadas desde la base del tubo y están, por lo
tanto, integradas con el tubo, también se puede considerar que tiene un enlace de tipo metalúrgico.
Mecánicamente los tubos unidos pueden ser de dos tipos. En primer lugar, los tubos incrustados o
ranurados están formados por mecanización de una ranura helicoidal a lo largo de la longitud del tubo.
La aleta está ubicada en la ranura y envuelta alrededor del tubo, después de lo cual el material del tubo
se deforma en la base de la aleta, Este procedimiento mantiene la aleta en su lugar y en contacto con
el tubo.

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Mecánicamente los tubos unidos pueden ser obtenidos por esfuerzo mecánico del material de la aleta
y/o el material del tubo para mantener la presión de dos elementos en contacto uno con el otro. Las
llamadas aletas de tensión embobinadas están formadas por el material de la aleta embobinado bajo
tensión en una forma helicoidal a lo largo de la longitud del tubo.
Este método tensiona el material de la aleta para mantener el contacto con el tubo. Los extremos de
las aletas deben estar retenidos en su lugar para que las aletas no se aflojen. Esto podría ser realizado
por medio de grapado, soldadura, o cualquier otra forma para que las aletas no se desenvuelvan.
Las aletas individuales pueden estar preformadas y se insertan sobre el tubo, después de lo cual la
unión mecánica se puede obtener por contracción de las aletas en el tubo o por la expansión del tubo
radialmente hacia fuera para hacer contacto por presión con el material de la aleta. Los medios para
expandir el tubo pueden serhidráulico por la presurizacióndel tubo más allá de supunto de rendimiento;
o puede ser de naturaleza mecánica, en la que una bola gran tamaño o varilla se empuja a través de
la longitud del tubo, forzando el material del tubo hacia fuera contra la aleta.
Los tubos cuyas aletas están integradas con el tubo también pueden estar clasificadas como un tipo de
unión mecánica, si un tubo de revestimiento se utiliza en el interior del tubo con aletas. Un tubo de
revestimiento de otro material puede ser utilizado para la compatibilidad con el lado del tubo del fluido
de proceso. El contacto entre los dos materiales podría estar formado por la expansión del tubo de
revestimiento o dibujando el tubo con aletas exteriores hacia abajo a través del revestimiento. Las
temperaturas de funcionamiento del intercambiador, incluyen condiciones irregulares o transitorias que
pueden afectar el método de unión, el cual puede serutilizado por los tubos con aletas. Con el propósito
de mantener el rendimiento térmico de diseño, la unión entre la aleta y el tubo no debe deteriorarse
debido a un aflojamiento de la aleta, que podría ser el resultado de la desigualdad térmica de los
materiales del tubo y de la aleta. Con el fin de evitar esta degradación del rendimiento del tubo, los
tubos mecánicamente unidos del tipo de tensión están normalmente limitados a temperaturas de 400
a600 K. Mecánicamente los tubos unidos están limitados a temperaturas por debajo del punto de fusión
de la unión de aleación o a una temperatura, dependiente de las propiedades físicas de los materiales
del tubo y de la aleta.
El ambiente de operación puede influenciar la elección de los materiales usados y la forma de la aleta.
El aluminio es frecuentemente muy satisfactorio como un material de la aleta. aunque son también
usadas las aletas de cobre, acero y acero inoxidable. La forma de la aleta puede ser de tipo de borde,
tipo pie-L o diseño de doble pie-L. El tipo de borde se utiliza para los tubos de aletas estriadas, y en
casos, donde la base del tubo no está sujeta a la corrosión.
La aleta pie-L cubre el tubo más o menos completamente para proteger la base del tubo contra el
ataque corrosivo, pero aun deja un sitio potencial corrosivo en la base dela aleta adyacente a la aleta
anterior. El pie doble-L está destinado a proporcionar una cobertura completa del tubo, donde la
corrosión de otra forma sería un problema. Donde la corrosión es problemática, soldado o tubos
galvanizados pueden ofrecer una solución. Las dimensiones de los tubos con aletas son el resultado
de la experiencia adquirida en el diseño de intercambiadores de calor refrigerados por aire. Los rangos
de diámetros de tubo van desde aproximadamente 1,905 cm (0,75 pulg.) a 5,08 cm (2,0 pulg.).
Las aletas envueltas helicoidalmente se fabrican de tal manera que la altura de la aleta pueda estar
entre3/8 a 3/4 del diámetro del tubo, pero limitada a causa de las necesidades de fabricación a un
máximo de alrededor de 2,54 cm (1,0 in.) de altura. Las separaciones de las aletas varían entre
aproximadamente 275 y 450 aletas por metro de longitud del tubo, mientras que los espesores de las
aletas oscilan desde 0,025 hasta 0,075 cm. Para determinados casos, estos parámetros pueden variar
más.

12. 12
Haz de tubos
Un arreglo típico de haz de tubos se ilustra en la Figura 2. Los tubos con aletas son montados en el
haz de tubos. Los rangos de longitudes de los tubos oscilan desde aproximadamente 1,83 m de
largohasta12,2 m de largo. El número de filas de tubos de profundidad en el haz es una función del
rendimiento requerido y generalmente oscila entre 3 y 30. Los extremos delos tubos no están con
aletas. Esto permite que los extremos de los tubos sean insertados en placas de tubos, situados en
cada extremo del haz. Las placas de tubos separan el aire de enfriamiento en el lado de la aleta del
fluido de proceso en el lado del tubo. Generalmente, los extremos del tubo están expandidos en los
agujeros de los tubos en la placa de los tubos para formar la junta, aunque para aplicaciones de alta
presión éstos pueden ser soldados juntos.
Las placas de tubos están unidos a los encabezados de los tubos laterales, que contienen el fluido del
tubo lateral y lo distribuyen a los tubos. Las cabeceras pueden estar diseñados para permitir cualquier
número de pasos por los tubos laterales para el fluido de proceso. Para haces de tubos de pasos
múltiple, las cabeceras contienen placas de separación, que dividen el haz en pasos separados. Sin
embargo, estos pueden estar limitados por las condiciones de temperatura de funcionamiento. Si hay
una gran diferencia de temperatura por paso, a continuación, los tubos más calientes pueden
expandirse longitudinalmente a un grado mucho mayor que los tubos en sucesivos pasos. Esto podría
resultar en esfuerzoalto en la unión del tubo, dando lugar a fugas en la unión. Si la expansión diferencial
entre pasos es excesiva, es necesario dividir los encabezados. El haz de tubos permite normalmente
flotar de forma independiente de la estructura de soporte debido a la expansión global del haz.
Figura 2. Haz de tubos típico (dos pasos) usando cabezales con tapones para tubos opuestos cada
extremo del tubo. Clave: (1) tubo; (2) placa de tubos; (3) boquillas de entrada/salida; (4) respiradero
(orificio); (5) desagüe; (6) tapones para tubos; (7) bastidor lateral; (8) paso entre costilla.
Las placas finales de los encabezados de los tubos laterales con frecuencia incluyen tapones
extraíbles. Estos pueden ser tapones de tubería de derivación o roscas rectas con juntas selladas. El
tapón se encuentra en frente de cada extremo del tubo para permitir el acceso de cada tubo para
relaminado del tubo a la unión de la placa de tubos, deberían producirse fugas y para la limpieza de los
tubos, si esto fuera necesario. Si los tubos están soldados en las placas de los tubos y las condiciones
del fluido de proceso no están ensuciados, estos tapones no son necesarios.

13. 13
Un método alternativo de proporcionar acceso a todos los tubos para la reparación y la limpieza es
utilizar encabezados removibles. Estos diseños requieren juntas para evitar que el fluido del proceso
se escape a la atmósfera, pero puede ser ventajoso para las altas condiciones de ensuciamiento de los
tubos laterales. Los diseños especiales de cabecera se pueden proveer para altas condiciones de
presión de los tubos laterales. Estos pueden ser cabeceras circulares con tubos individuales soldados
en el lugar o tipo de moldadura de cabeceras con pasos de flujo mecanizado en secciones gruesas de
acero.
El haz de tubos está fabricado como una estructura rígida para ser manejado como un montaje
individual. Los miembros estructurales de acero y los soportes de tubos se utilizan para este propósito.
Tales soportes se utilizan debajo de la parte inferior de los tubos para evitar que el haz de flacidez;
entre filas de tubos para mantener un espacio de tubo y evitar mallado o deformación de las aletas; y
a través de la fila superior de los tubos para mantener los tubos en la posición correcta. Los soportes
están espaciados uniformemente a lo largo de la longitud del haz a intervalos que no excedan de
aproximadamente 1,5 m.
Los conjuntos de transmisión y ventilador
Se emplean ventiladores, que corresponden a las dimensiones del haz de tubos y los requisitos de
desempeño para el intercambiador de calor. Normalmente, el diámetro del ventilador es
aproximadamente igual a la anchura del haz, aunque diámetros más pequeños pueden ser utilizados.
Para haces cuadrados, o casi cuadrados, se utiliza un ventilador. Para haces grandes rectangulares,
un número de ventiladores que funcionan en paralelo pueden ser utilizados. Los ventiladores son de
diseño de flujo axial, que mueven relativamente grandes volúmenes de aire a baja presión. A fin de
minimizar la recirculación de aire y mejorar la eficiencia del ventilador, las aspas del ventilador están
establecidos dentro del orificio de los anillos que proporcionan la holgura radial entre el anillo y las
puntas de las aspas. El anillo tiene a menudo una forma contorneada para proporcionar una condición
de entrada suave para el aire. Esto minimiza las turbulencias de aire en este punto, lo que también
contribuye a reducir el ruido generado por el ventilador.
Girar a altas velocidades, las paletas del ventilador deben estar balanceadas para asegurar que las
fuerzas centrífugas no sean transmitidas a través del eje del ventilador a la unidad o a la estructura de
soporte. Un aspa desbalanceada podría resultar en severas condiciones de vibración. Las aspas son
frecuentemente hechas de aluminio, pero otros metales y plásticos también han sido utilizados. La
consideración de la temperatura máxima de funcionamiento debe darse cuando se utilicen las aspas
de plástico. Donde la corrosión es posible, las aspas pueden ser revestidas con epoxis u otro material
protector adecuado. Los ventiladores de menor diámetro, hasta unos 1,5 o 2 metros de diámetro,
pueden ser impulsadas por motores eléctricos. Los ventiladores de mayor diámetro suelen ser
indirectamente impulsados por motores eléctricos o turbinas de vapor, utilizando cinturones-V o
engranajes. Los impulsores de cinturones-V están frecuentemente limitados a diámetros de ventilador
de aproximadamente 3 metros y los motores no exceden 30 hp.
Para grandes motores y ventiladores de mayor diámetro, se utilizan unidades de engranaje de ángulo
recto. Los ventiladores impulsados indirectamente pueden ofrecer la ventaja de la variación dela
velocidad, de tal modo que, como el enfriador de aire de calor varía de sapo, el volumen de aire de
enfriamiento también puede ser variada. Las leyes del ventilador, que se refieren a la velocidad del
rendimiento del ventilador muestran, que la reducción de velocidad también puede reducir el consumo
de energía. El ventilador puede ser diseñado para flujo de aire forzado o inducido. En las instalaciones
de flujo forzado, el ventilador sopla el aire ambiente a través del haz de tubos. Los ventiladores de tiro
inducido extraen el aire a través del haz. Por lo tanto, las aspas del ventilador están en contacto con el
aire caliente que sale del intercambiador de calor. Esta situación da una ventaja de poder para el diseño
de tiro forzado.

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La presión total del ventilador es la suma de la pérdida de presión estática del aire que fluye a través
del haz de tubos, además de la velocidad de la presión de aire, moviéndose a través del ventilador. Las
pérdidas de presión estática son del orden de 0,5 cm a 3 cm de medidor de agua, mientras que los
ventiladores de velocidad generalmente están diseñados para una presión de aproximadamente 0.25
cm de medidor de agua. El caudal volumétrico del aire, para un determinado caudal de masa, es
directamente proporcional a la temperatura absoluta del aire.
Las eficiencias del ventilador son típicamente alrededor del 65%, mientras que las eficiencias
impulsadas son del 95% o más. Esta ventaja de potencia para diseños de tiro forzado generalmente
provee un resultado más económico del intercambiador de calor. Dado que el ventilador está cerca del
suelo, los costos estructurales pueden ser menos con el conjunto de accionamiento, situada a nivel del
suelo. Sin embargo, los intercambiadores de calor refrigerados por aire de tiro inducido ofrecen la
ventaja de una mejor distribución de aire a través del haz, debido a las bajas velocidades relativas de
aire que se acercan a los tubos. Además, las velocidades de salida de aire de los intercambiadores de
calor de tiro inducido son mucho mayores que un diseño de tiro forzado. Así, la posibilidad de
recirculación de descarga de aire caliente es inferior a la de tiro inducido. Cuando el enfriamiento del
fluido de proceso a una temperatura cercana a la temperatura de entrada del aire ambiente, esto puede
ser de especial importancia.
En una aplicación típica de refrigeración por aire, el flujo de aire impulsor se utiliza para medios fríos,
que fluyen a través de los bancos de los intercambiadores de calor. Como en muchos casos, hay una
única fuente de aire, y, por lo tanto, el diseño de un intercambiador de calor afecta el otro banco en el
intercambiador de calor. Un ejemplo típico es un aceite radiador/enfriador del paquete. Como el flujo
de aire tiene que quitarle el calor del radiador y el enfriador de aceite, ambos deben estar diseñados de
forma óptima para hacer el paquete más eficiente. Cualquier sobre diseño en cualquiera de las
unidades, el radiador o el enfriador de aceite, afectarán negativamente el desempeño de los demás.
Figura 3. Perfil aerodinámico del impulsor axial de alta eficiencia.
Como se señaló anteriormente, el impulsor es un elemento central de cualquier intercambiador de calor
refrigerado por aire. Para asegurar que el mejor rendimiento se obtenga y que el consumo de energía
y los niveles de ruido sean tan bajos como sea posible, es importante que el impulsor correcto sea
seleccionado. La figura 3 muestra un impulsor axial aerodinámico multialeta de alta eficiencia. Los
impulsores axiales multialeta pueden usarse en casi cualquier aplicación.
Cámara impulsora de aire
La velocidad del aire, que fluye a través del ventilador puede ser tanto como 3 a 4 veces la velocidad a
través de la cara del haz de tubos. Asimismo, el aire proviene de la forma circular del ventilador, que
debe ser distribuida a través de la forma cuadrada o rectangular del haz. La cámara impulsora de aire
está diseñada para realizar esta transición de velocidad y forma tal que la distribución del aire es

15. 15
uniforme a través del haz. Una práctica común es instalar el ventilador en una cámara, de tal forma que
la distancia desde la primera fila del haz de tubos del ventilador es alrededor de la mitad del diámetro
del ventilador.
El diseño de la cámara impulsora puede ser una simple forma de caja, formada por caras planas y
bajas, o secciones de transición curvadas que pueden ser utilizadas para obtener una suave transición
desde el haz rectangular al ventilador circular. Cualquier diseño puede ser utilizado para los
intercambiadores de calor refrigerados por aire de tiro forzado o de tiro inducido.
Montaje estructural
El montaje estructural del intercambiador de calor enfriado por aire es fuertemente dependiente de las
necesidades particulares del sitio de la planta del usuario. Deben tenerse en cuenta las cargas
mecánicas en la estructura del intercambiador de calor, debido a su propio peso, por supuesto, pero
otros cargamentos,comocargas de viento, cargas de impacto,boquillas de carga y las fuerzas sísmicas
deben ser considerados. La presencia de equipos bajo los intercambiadores de calor refrigerados por
aire puede necesitar diseños particulares. Las consideraciones de seguridad pueden ponerse con
cercas o protectores del ventilador. Los factores ambientales podrían indicar la necesidad de rejillas,
pantallas de granizo, u otros dispositivos de protección. Además, la ubicación física de los
intercambiadores de calor puede requerir escaleras, plataformas, barandillas, jaulas de seguridad y
otros artículos diversos, que el usuario requerirá.
Configuraciones generales del intercambiador y aplicaciones
Como se ha descrito anteriormente, en el intercambiador refrigerado por aire un motor y el ensamblaje
del ventilador conducen el aire ambiente a través de una serie de tubos para enfriar o condensar
adentro los fluidos de proceso. Los tubos están típicamente ensamblados en una configuración en
espiral. El aire no es costoso y abundante, pero es un medio de transferencia de calor relativamente
pobre. Para aumentar las velocidades de transferencia de calor del sistema, los tubos en los
intercambiadores refrigerados por aire tienen generalmente aletas, que extienden el área superficial,
aumentan la transferencia de calor y les dan a esos sistemas el apodo de serpentines de tubo de
aletas. Los intercambiadores refrigerados por aire se encuentran normalmente en aplicaciones, como
calefacción y aire acondicionado, proceso de calentamiento y enfriamiento, equipos de proceso de
enfriamiento de aire, energía y recuperación de disolvente, precalentamiento del aire de combustión, y
recalentamiento del gas de combustión.
El diámetro y materiales, especificados para los tubos y aletas, dependen de las necesidades del
sistema. Las aletas están comúnmente hechas de aluminio o cobre, pero pueden fabricarse de acero
inoxidable o acero al carbono. Generalmente son tubos de cobre, pero puede hacerse con cualquier
material, y varían en tamaño desde 5/8 a 1 pulg. de diámetro exterior. El diseño del intercambiador
refrigerado por aire es tal, que las bobinas individuales pueden extraerse por separado para facilitar su
limpieza y mantenimiento. Hay varias configuraciones de diseño comunes que están disponibles
comercialmente. Cada una de ellas se describen brevemente a continuación.
Los intercambiadores con aletas soldadas de aluminio constan de placas corrugadas y aletas, que
se agregan a un núcleo compuesto soldado para crear variación de aire y pasos de fluido. Este diseño
compacto y ligero, es considerado la unidad disponible de enfriamiento con aire más rentable. La
turbulencia creada en los canales de fluidos incrementa la eficiencia. Las aplicaciones típicas incluyen
enfriamiento con aceite lubricante para equipos de energía, enfriamiento de fluidos para equipos
hidráulicos y enfriamiento de caja de cambios de fluidos.
Los intercambiadores de placa-aleta de aluminio están construidas con tubería tradicional del
intercambiador de calor. Las placas apiladas de aluminio extienden la superficie para maximizar la

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transferencia de calor del aire. Comoel intercambiador conaleta-soldada, esta unidad seutiliza también
para el enfriamiento del petróleo y el glicol, pero su mayor caudal expande sus capacidades. Construido
a partir de componentes estándar, los intercambiadores de aletas de aluminio están diseñados con una
construcción más sólida que sus homólogos de aletas soldadas. Las aplicaciones típicas incluyen
enfriamiento de aceite, aire comprimido, agua con aire.
Los intercambiadores con tubos aletados constan de una aleta continúa envuelta espiralmente
alrededor de una serie de tubos individuales. A menudo referido como "bobina de servicio pesado”,
este intercambiador de aire tiene adjuntos tubos aletados que pueden construirse con los estándares
ASME y API, o según las especificaciones del cliente. Suele utilizarse en aplicaciones de calentamiento
de aire, la bobina de servicio pesado está disponible con diferentes variaciones de aleta, incluyendo
aleta cónica, aleta pierna “V”, aleta de pierna sobrepuesta y la aleta incrustada, las cuales describen
las geometrías en la interface del tubo aletado. El método de unión de la aleta al tubo es crítico, ya que
el aflojamiento de esta unión puede impedir el intercambio de calor.
Las aplicaciones típicas incluyen aquellas que calientan el aire a alta presión o de vapor de alta
temperatura, aplicaciones de calentamiento o enfriamiento con grandes flujos de líquidos, que no
pueden tolerar la congelación de condensado - tales como aplicaciones de vapor y calentamiento de
aire con agua caliente.
El intercambiador de calor de alambre fino
Estos tipos de sistemas de intercambiador de calor son utilizados normalmente para el control de la
climatización interior. En una superficie plana, uno tiene un coeficiente de transferencia de calor al aire
alrededor de 20 W/m2
K. En un alambre fino, digamos un cable de 0,1 mm, uno puede llegar a
300 W/m2
K. Los alambres finos tienen el mismo costo por metro cuadrado como las superficies planas.
Este tipo de intercambiador de calor enfriado por aire generalmente utiliza un ventilador de techo que
puede calentar o enfriar el aire con sólo unos pocos grados °C. El intercambiador de calor de alambre
fino consta de una tela tejida en bandas paralelas apiladas alrededor de un ventilador de giro lento tipo
Sirocco. Este tipo de ventilador tiene espacio para aplicaciones de calefacción y refrigeración, mejora
el coeficiente de rendimiento (COP) de las bombas de calor y hace posible el almacenamiento
estacional en pequeña escala.
Vamos a estudiar la física de transferencia de calor con un alambre fino. Al hacerlo, un conjunto práctico
de problemas es determinar el diámetro de cable óptima (100 μ) en la cual el costo/rendimiento del
cable es mínimo, y vienen en una transferencia de calor del aire a la tela de alambre como una función
de la velocidad del aire. El próximo paso sería tratar la caída de presión a través de la tela de alambre,
y buscar la mejor velocidad de aire (0,4 m/s), en la cual la suma de las pérdidas de energía de bombeo
y transferencia de calor es mínima. Con estos valores encontramos la caída de temperatura óptima
(2,4°C) sobre el intercambiador de calor, minimizando el costo anual del intercambiador debido a la
inversión y el costo de la pérdida de energía debido a la transferencia de calor. Una correlación
ampliamente utilizada para la transferencia de calor a partir de un cilindro en un flujo perpendicular es:
𝑁𝑢 = 0.57 𝑥 𝑅𝑒0.5 𝑥 𝑃𝑟0.33 𝑎𝑛𝑑 𝑎 = 𝑁𝑢 𝑥 1/𝑑
Cuando llenamos en h=1.85e-5 Pa x s; p=1,3 kg/m3
, C=1010 J/kgK, α=0,025 W/mKpara las constantes
del material de aire a temperatura ambiente, esta correlación se convierte en a=3,2 x (v/d)0.5
Vemos que el coeficiente de transferencia de calor es inversamente proporcional a la raíz cuadrada del
diámetro del cable, lo cual es la razón para la elaboración de alambre fino de intercambiadores de calor
después de todo. Con una velocidad del aire v de 0,5 m/s y un cable de 100 m, tenemos a=226 W/m2
K,
que es alrededor de diez veces el valor típico de intercambiadores de calor de placas planas al aire.

17. 17
Los alambres finos sólo pueden ser eficientemente incorporado en un dispositivo con la tecnología
textil, como el tejido y, en el caso de transferencia de calor del aire al agua, uno tiene que tejer cobre
en capilares finos cables de cobre. Esto conduce naturalmente a un paño donde en los capilares, los
cables tienen una distancia igual a su diámetro, y en el cruce de cables en el punto intermedio entre los
capilares, un cero de espaciado entre los capilares. Este paño, transfiriendo calor a la corriente de aire
a través de ella, puede ser representada por dos filas de cilindros, espaciado 2 x d, en serie,
perpendicular al flujo. Por metro cuadrado hay luego l/d cables, cada uno con la superficie p x d m2
, por
lo que el coeficiente de transferencia de calor relacionado con la superficie de la tela es a =p x 3.2 x
(v/d) 0.5 = 10 x (v/d)0.5
W/m2
K.
El precio del kilogramo de alambre fino de cobre aumenta con la disminución del diámetro del alambre,
debido al costo del trazado del alambre. Si Pc es el precio por kg de alambre de cobre, y la densidad
del cobre es 8900 kg/m3
, luego por metro cuadrado tela hay 1/d x p/4 x d2
x 8900 x Pc o 7e3 x d x
Pc cobre florines neerlandeses. Por Unidad de coeficiente de transferencia de calor, 10 X (~/d)".W~
/m2-OK, hay 700 V- Xd1.5X'.~X P, nlg de cobre. Así que tenemos el diámetro de cable óptima
económicamente, cuando el producto P e d ~~ ' -es mínima. Este es el caso con un cable de 100 mm
de diámetro. Con este diámetro de cable óptima, calculó el coeficiente de transferencia de calor,
relacionado con la tela, la superficie es de 1000 XV'.~ W/m*-'K.
La siguiente correlación describe la caída de presión perpendicular al tubo de flujo de paquetes para re
< 25xx-l/(x), donde x es la relación de separación del tubo al tubo de diámetro, v significa el promedio
de velocidad de líquido sobre la superficie frontal del paquete, el paquete 1 - tubo de longitud en la
dirección del flujo, y d) el diámetro del tubo. En nuestro caso, tenemos dos haces en serie con x=2 y
con l/d =1 a una distancia de más de 2xd, y d=d= le-4 m, así que podemos escribir aquí para la caída
de presión:
Soplando aire a través de la tela que hemos de utilizar la energía, o la energía eléctrica. Cuando el
motor del ventilador de techo tiene una constante eficiencia de 6W,,,,, / 45 nosotros, y la caída de

18. 18
presión total, inclusive la aceleración plazo mediante el ventilador AP=6.6xv+0.5xv2, la superficie del
intercambiador de calor es un, entonces necesitamos 45/6 x AP x una energía eléctrica para mover el
aire.
Moviendo el aire más rápido, podemos aumentar la transferencia de calor y, por tanto, ahorrar energía
mediante la reducción de la caída de la temperatura a través de la cual el calor fluye. Podemos expresar
esta energía mediante el cálculo de la energía eléctrica, necesitamos de bomba de calor de aire exterior
a una temperatura promedio durante una temporada de calefacción arbitraria de 4,8 "C para calentar
el aire interior a una temperatura promedio de 17.3 "C.
Por cada aumento de la temperatura delta de uno de los intercambiadores de calor por
1 "C, necesitamos un extra F, /(17.3-4.8)/ 8 cantidad de potencia eléctrica cuando el COP de una
bomba de calor es 8. Cuando utilizamos la transferencia de calor y caída de presión ecuaciones en
estas funciones por un intercambiador de calor de F = lkW, la suma de las pérdidas de energía es:
El valor de v, en la cual esta función tiene su valor mínimo, es de 0,21 m/s. En la práctica, la eficacia
de una norma de una fase del motor del ventilador aumenta con su salida, y esto aumenta la velocidad
del aire óptima alrededor de v = 0,4 m/s en un caso típico. Esta baja velocidad de aire óptima es la
razón de que la superficie del intercambiador de calor debe ser desarrollado en un zigzag de moda
para aumentar la velocidad de aire frontal a un valor aceptable de unos 2 nds, a fin de mantener el
aparato en una forma compacta. Cuando llevamos a cabo v a ser de 0,4 m/s, nuestra superficie de tela
se convierte en 1 kW

19. 19
Un ventilador con un diámetro de 60 cm y una velocidad de 100 RPM tendrá una capacidad de
transferencia de calor lOOW/"C, necesita una potencia mecánica de 4W, tiene un nivel de ruido de 40
dB(A) y cuesta 180 euros.
Utilizando este tipo de intercambiador de calor el ventilador, las habitaciones y los espacios de trabajo
puede ser enfriado con agua de la tierra, que es sólo de unos 3 a 5 grados más frías que la temperatura
deseada. Un fabricante líder europeo de estos tipos de sistemas es Fiwihex intercambiador de calor en
los Países Bajos, donde el agua de la tierra es normalmente de unos 12 "C. Por lo tanto, uno de 100
W/"C Ventilador de techo puede enfriar una habitación a 20 C, con una potencia de (23-12) x 100 =
1.100 vatios. Se trata de la potencia (3750 BTU/hr) que un aire acondicionado portátil puede ofrecer.
Como un ejemplo, cuando necesitamos este 100 W/"C = 8xDZxn0.8s,elect un ventilador con un D de
60 cm.La velocidad n se convierte entonces (2000/(20-12)/8/0.62)","0.8" = 84 rpm,la energía mecánica
se convierte en 3 x lo5~ 0 .x6 84~3 = 2,3 vatios, y el nivel de ruido se convierte en 20 log 2.3 + 28 =
35 dBA. Este es un nivel de ruido que es tan bajo que nunca es alcanzado dentro de un entorno urbano.
El ventilador y la bomba de circulación del agua utilizará unos 60W de electricidad, este tiene que ser
comparado con 400W para un típico del acondicionador de aire.

20. 20
Los intercambiadores de calor descritos son tan poderosas que la extracción de calor del aire exterior
es ahora una posibilidad económica, cuando no hay tierra o agua superficial disponible. Un coeficiente
de rendimiento de 6 es alcanzable como un medio a través de la temporada de calefacción Holandesa
(temperatura interior 20 "C fuera 4.8 "C) según Fiwihex, con la siguiente configuración: 2 x 1000 W/"C-
propano para los intercambiadores de calor con agua; 2x500 W/"C ventiladores y una tienda estándar
mostrarcompresorde refrigeración. La bomba de calor se detiene durante las horas pico de electricidad
cuando el sistemade almacenamiento de calor se ha instalado. Cuando (tierra)el agua comouna fuente
de calor está disponible, la CP se eleva a 8.
Tipo de carcasa y tubo de intercambiadores de calor
Intercambiador tubular ManufacturersAssociation (TEMA)
El intercambiador Tubular ManufacturersAssociation, o tema, es un grupo de fabricantes líderes,
quienes han sido pioneros en la investigación y el desarrollo de los intercambiadores de calor de más
de cincuenta y cinco años. Fundado en 1939, el tema ha crecido hasta incluir a un grupo selecto de
empresas miembros. Aunque puede ser fácil elegir un tema miembro como un proveedor, no es fácil
para los fabricantes para convertirse en un miembro de tema. Compañías miembros deben cumplir
rigurosos criterios para calificar para la membresía de tema, y son examinadas periódicamente por
tema para asegurarse de que el fabricante cumple con los criterios de pertenencia, y diseños y los
fabricantes de acuerdo a las normas en tema. Los miembros se adhieren a estrictas especificaciones.
TEMA estándares y software han logrado aceptación mundial como la autoridad en materia de shell y
un intercambiador de calor de tubo de diseño mecánico. Estas herramientas ofrecen a los ingenieros
una valiosa ventaja cuando el diseño y la fabricación de todo tipo de intercambiadores de calor.
Siete ediciones de TEMA normas han sido publicadas, cada una sobre la actualización de la industria
sobre las últimas novedades en tecnología. TEMA también ha desarrollado el software de ingeniería
que complementa el tema de las normas en materia de Caparazón flexible elementos (juntas de
expansión) análisis, análisis de vibraciones inducidas por el flujo y fijo tubesheet diseño y análisis. Este
estado del arte software funciona en un PC IBM o compatible, y dispone de un banco de datos de
materiales 38 materiales, así como fácil de usar, interactivo pantallas de entrada y salida. Los
programas que manejan muchos cálculos complejos, por lo que los usuarios pueden centrarse en los
resultados finales. Muchas empresas pueden fabricar equipos de transferencia de calor, pero no todos
pueden garantizar su eficaz y segura, diseño y construcción de alta calidad. Es por eso que el tema del

21. 21
intercambiador de calor del sistema de registro fue instituido en 1994. Para el aseguramiento de la
calidad, sólo hay que mirar para el tema de Matrícula adjunto al intercambiador de calor.
Cada placa incluye un único tema, número de registro. Incluso antes de que una sociedad pueda
convertirse en un miembro del tema y participar en el sistema de registro, debe tener un mínimo de 5
años de servicio continuo en la fabricación, diseño y comercialización de intercambiadores de calor de
tubos y coraza.
Todas las empresas deben tener en Tema en casa capacidades de diseño térmico y mecánico, y
entender completamente los requisitos de código actual e iniciar estrictos procedimientos de control de
calidad. Además, todas las soldaduras deben ser realizadas por personal de la propia empresa, y la
empresa debe tener su propio control de calidad de los inspectores. Estos criterios garantizan el
máximo nivel de experiencia técnica, lo que le da una ventaja significativa de miembros de tema al
diseñar o fabricar intercambiadores de calor. La siguiente es una lista de fabricantes de tema.
La 8ª edición ampliada considerablemente de las normas de la Asociación de Fabricantes de
intercambiador Tubular conserva los datos útiles y características, que se encuentra en la séptima
edición, además de muchas aclaraciones e innovaciones. Todas las secciones han sido revisados para
incorporar datos nuevos, que no estaban disponibles en el momento de la impresión de 1988, incluidas
las sugerencias, lo que dio lugar a la amplia utilización de las normas tanto por parte de los fabricantes
y usuarios de intercambiadores de calor de tubos y coraza. Muchas recomendaciones útiles también
fueron recibidos a través de la cooperación del Instituto Americano del Petróleo (API) y la Sociedad
Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME). Algunas características notables de la octava edición
incluyen: (a)
Metrificación ha sido incluido cuando sea factible y apropiado; b) Métodos para calcular varios tipos de
cabeza flotante se han añadido anillos de refuerzo; (c) un método para incorporar pasar partición área
costal en la brida diseño ha sido incorporados; (d) La sección de vibración ha sido ampliado y amplitud
de vibración para vórtice derramando y resonancia acústica se han agregado; (e) la boquilla de
presión/temperatura de brida tablas de clasificación estándar ASME B16.5 - 1996 w/ 1998 adiciones
están incluidos; (f) los nuevos materiales han sido incluidos en el coeficiente de expansión térmica,
módulo de elasticidad, conductividad térmica y tablas; (g) Diseñar ecuaciones para duplicar las
placas han sido añadidas; h) un método para Calcular el promedio de la temperatura de las placas de
metal se ha agregado; (i) el estrés multiplicadores se han añadido a la cuenta de la rigidez de
articulaciones embridado y flued juntas de expansión; (j) sugiere métodos de cálculo han sido
incorporadas para ambos soportes verticales y horizontales; k) los métodos de diseño se han añadido
por orejetas para izar; (1) una copia de demostración del software disponible es incluido con la compra
de cada estándar.
El intercambiador Tubular Fabricantes ASOC ha establecido normas y nomenclatura del intercambiador
de calor. Cada shell-y-tube dispositivo tiene una designación de tres letras; las letras se refieren al tipo
específico de cabeza fija en el extremo delantero, el tipo de shell, y el tipo de cabeza trasera,
respectivamente (una descripción totalmente ilustrado puede serencontrada en el tema de estándares).
TEMA común de las denominaciones se enumeran con configuraciones específicas descritas a
continuación.
Configuraciones de carcasa y tubo
El depósito y el tubo intercambiador de calor consta de un shell, generalmente un cilindro circular, con
un gran número de tubos, conectados a una placa de extremo y dispuestos en una moda donde dos
fluidos pueden intercambiar calor sin los fluidos, entrar en contacto el uno con el otro. Los tipos más
comunes de intercambiadores de calor configuraciones se ilustra en la figura 4.

22. 22
Figura 4. Shell común intercambiador de tubo y configuraciones.
Hay muchos libros de texto que describen las relaciones fundamentales de transferencia de calor, pero
pocos discuten el complicado las características del lado de la shell. En el lado de un shellshell y un
intercambiador de calor de tubo, el líquido fluye a través de la parte exterior de los tubos en patrones
complejos. Los deflectores se utilizan para dirigir el líquido a través del tubo y el paquete están
diseñados y colocados estratégicamente para optimizar la transferencia de calor y minimizar la caída
de presión.
Una medida de la complejidad de la predicción de transferencia de calor del lado de shell puede
obtenerse teniendo en cuenta la trayectoria de flujo de fluido del lado de shell. El flujo está parcialmente
perpendicular y parcialmente paralela a los tubos. Invierte la dirección mientras viaja alrededor de las
puntas del deflector y el régimen de flujo está regulado por el tubo, el deflector de espaciado el
espaciado y el caudal de fuga rutas. A lo largo de la vía del líquido, hay una serie de obstáculos y
configuraciones, las cuales provocan altas velocidades localizada.
Estas altas velocidades se producen en las zonas de entrada y salida del paquete, en el deflector de
windows, pase a través de carriles y en las cercanías de tirantes, que fijan los deflectores en la posición
adecuada. En relación con esto, el shellside fluid generalmente tomará la ruta de menos resistencia y
viajará a una velocidad mayor
En las zonas libres o by-passlanes, que mediante el paquete adecuado, donde los tubos están en un
tono poco espaciados. Todos los factores considerados, parece una tarea formidable para predecir con
precisión las características de transferencia de calor de una shell y el tubo intercambiador.
El problema se complica aún más por las tolerancias de fabricación o juegos que están especificados
para permitir el montaje y desmontaje del intercambiador de calor. Es improbable que estos juegos se

23. 23
acumulan para el lado positivo o negativo, por lo que es habitual para calcular la transferencia de calor
las relaciones sobre la base del promedio de los juegos.
Las diferentes trayectorias de flujo del fluido a través de la shell lado de un intercambiador de calor
Deflector segmentaria se ilustra en la Figura 5, según el cual la carta de designaciones en la figura son
las siguientes: a) Fuga corriente a través de los espacios entre los tubos anulares y los agujeros del
deflector deflector de uno; (b) la corriente cruzada a través de la superficie de transferencia de calor
entre el deflector sucesivos windows. Cabe señalar que esta corriente es de B, (una porción de fluido
que pasa a través de la chapa deflectora windows) más porciones de un arroyo; (c) flujo de derivación
en un lado del tubo del nido que fluye entre las sucesivas deflector windows; (D) corriente de fuga entre
Shell y el borde de un deflector. El by-pass zona C entre el paquete y Shell se puede reducir
utilizando tubos ficticia, asientos en tiras o bieletas con banda de sellado de deflectores.
Los tubos ficticia no pasan a través de la las placas, y se encuentra cerca de la parte interior de la
concha. Los asientos se extienden desde tiras al deflector deflector en una dirección longitudinal y
canalizar eficazmente el líquido a través de los tubos para minimizar la turbulencia y transferencia de
calor. En algunos diseños tubesheet fijo, el exterior de los tubos están en estrechaproximidad a la parte
interior de la shell para que by-pass es mínima y no eliminación de derivación es necesaria. Hay una
serie de técnicas que pueden emplearse para reducir el flujo en las zonas A y E. tolerancias ajustadas
a menudo son empleados y algunos fabricantes utilizan un collar perforado los agujeros donde el tubo
deflector en el deflector tiene un pequeño collar de precisión que minimiza las holguras entre el tubo y
el tubehole con el beneficio añadido de un buen soporte del tubo. A veces los deflectores están
soldadas en la periferia del shell para eliminar completamente el by-pass. Cada una de estas técnicas
es eficaz, pero se rigen por la compensación del aumento de eficiencia versus el coste añadido.
Intercambiadores de calor de tubos y coraza están diseñados generalmente con un cierto grado de
conservadurismo, tanto desde los aspectos de diseño térmico y mecánico. Desde un punto de vista de
diseño térmico, el conservadurismo surge de exceso de superficie para acomodar el ensuciamiento en
servicio. Desde un punto de vista de diseño mecánico, diseño
Los procedimientos generalmente emplean las tensiones admisibles, que se basan en un factor de
seguridad. Pero, aun así, intercambiadores de calor de tubos y coraza experimenta problemas en el
servicio. Uno de estos problemas se refiere a la suciedad el tubo lateral o shell lado del intercambiador
de calor.
El ensuciamiento es una acumulación de escala o la suciedad de la superficie del tubo, añadiendo así
una resistencia a la transferencia de calor. Es muy difícil predecir con exactitud el grado de
ensuciamiento durante un determinado período de servicio. Hay pocos resultados de pruebas
documentadas sobre este tema y los resultados rara vez son aplicables porque el número de variables
en un estudio de incrustaciones. Es, efectivamente, un afortunado usuario, que puede confiar en el
rendimiento pasado de la misma o de equipos similares y especificar la cantidad apropiada de exceso
de superficie necesaria para compensar la cantidad de suciedad. Para la mayoría de las aplicaciones,
el grado de suciedad es estrictamente una estimación y la probabilidad es que el intercambiador de
calor es inadecuada o a través de alisado. Una vez que los tubos están sucios,que puede sermecánica
o químicamente limpia.

24. 24
Figura 5. Ilustra la vía de fuga de los arroyos.
Generalmente, el lateral del tubo no plantea ningún problema particular y puede ser fácilmente tubos
rectos cepillado de alambre. U-tubos son difíciles de limpiar mecánicamentey se utilizan generalmente,
donde la suciedad se espera que sea mínimo. El lado de la carcasa del intercambiador de calor es más
difícil de limpiar, especialmente para espaciados tipos escalonados de haces de tubos. Muchos
usuarios especifican pitch tubo cuadrado o rectangular del arreglo y la construcción del paquete
extraíble donde shell excesiva suciedad lateral es esperado.
Otro problema grave en los cambiadores de calor es la corrosión. Corrosión severa puede ocurrir en
tubos, y muy a menudo con líquidos tales como agua común. Selección de material adecuado sobre la
base de un análisis cabal de los líquidos de funcionamiento, velocidades y temperaturas es obligatoria.
Muy a menudo, tubos de calibre más pesado está especificado para compensar los efectos de la
corrosión, pero esto es sólo una solución parcial. Esto debe ser seguido por la correcta puesta en
marcha, funcionamiento y procedimientos de desconexión.
Muchos intercambiadores de calor utilizan el agua en el lado del tubo como medio de refrigeración y
tubos de aleación de cobre compatible y aún experimenta problemas de corrosión. Invariablemente,
esto puede deberse a alguna parte del ciclo, donde el agua se estancó o distribuido a muy baja
velocidad. La mayoría de los problemas con intercambiadores de calor ocurren durante o poco después
de la instalación inicial. Instalación incorrecta o desajuste puede crear tensiones excesivas en los
soportes o las boquillas o causar daños en las juntas de expansión o empaquetadas juntas.
En el arranque inicial y apagar el intercambiador de calor puede ser sometido a daños de choque
térmico, sobrepresión o martillo hidráulico. Esto puede llevar a escapes tubo a tubesheet juntas, juntas
de expansión o embalaje dañado debido al exceso de las glándulas, expansión térmica axial de los
tubos o shell. Excesivo
Lado shell caudales durante el "shakedown" puede causar vibraciones en el tubo y fallos catastróficos,
la Tabla 3 proporciona recomendó el arranque y parada de los procedimientos. Debe hacerse un
esfuerzo para evitar someter a las unidades de choque térmico, sobrepresión, y/o martillo hidráulico,
ya que estas condiciones pueden imponer subraya, que superen la resistencia mecánica de la unidad
o el sistema en el que está instalado, lo que puede provocar fugas y/o daños en la unidad o el sistema
entero.
Algunas consideraciones generales a tener en cuenta son: (1) en el arranque y el cierre de las
operaciones, el fluido fluye debe regularse para evitar thermal escandalosa la unidad,
independientemente de si la unidad es de un medio extraíble o no extraíble tipo de construcción; (2)
Para fijo tubesheet (i-e. no extraíble) unidades tipo paquete, donde el lado del tubo de líquido no se
puede apagar, se recomienda que tanto el acuerdo de derivación se incorporarán en el sistema, y el

25. 25
lado del tubo de líquido debe ser neutralizadas antes de que el shellside fluid se apaga; (3) se debe
extremar la precaución en unidades aisladas donde el fluido fluye están terminados y luego se reinició.
Ya que las piezas metálicas pueden permanecer en altas temperaturas durante largos períodos de
tiempo, podría producirse un choque térmico severo.
Tabla 3. General recomendada de inicio y apagado de los procedimientos.

26. 26
El shell y el diseño flexible del intercambiador de tubo de alta presión y alta temperatura, capacidades,
y su capacidad para manejar altos niveles de material particulado que el intercambiador de calor más
comunes utilizados en el IPC. Mecánicamente simple en diseño y relativamente inalterada durante más
de 60 años, shell-y-tube ofrece un método de bajo costo de intercambio de calor para muchas
operaciones de procesos. La mayoría de configuraciones de tubo shelland comunes se describen
brevemente.
Intercambiadores Fixed-Tubesheet Straight-Tube,
El intercambiador tubesheet fijo es el más común y generalmente tiene el menor coste por m2 de
superficie de transferencia de calor. Intercambiadores tubesheet fijo constan de una serie de tubos
rectos sellado entre planos, las placas de metal perforado.
Porque no hay ni bridas, ni comidas o juntas selladas en el interior de la concha, los potenciales puntos
de fuga se eliminan, con lo que el diseño adecuado para higherpressure/tóxicos potencialmente letales
o servicio. Sin embargo, debido a que el haz de tubos no puede ser eliminado, la shellside del
intercambiador (fuera de los tubos) sólo pueden ser limpiados por medios químicos.
Las superficies interiores de los tubos individuales pueden limpiarse mecánicamente, después de que
el canal se han extraído las cubiertas. Fijo tubesheet intercambiador está limitado a las aplicaciones
donde el líquido shellside es no-incrustantes; ensuciamiento líquidos deben ser canalizados a través
de los tubos. TEMA común de las denominaciones para el tubo recto, intercambiadores furedtubesheet
son BEM, AEM, NEN. Las aplicaciones comunes incluyen condensadores de vapor, intercambiadores
líquido-líquido, reboilers y refrigeradores de gas.
Removable-Bundle sellados externamente, Intercambiador Floating-Head
Intercambiadores de cabeza flotante se llaman así porque tienen una tubesheet que es fija con respecto
a la concha, y otro que está conectado a los tubos, pero no a la shell, por lo que se permite "flotar"
dentro de la concha. A diferencia de fijo tubesheet diseños, cuyas dimensiones son fijos en una
dimensión determinada con relación a la pared del depósito, intercambiadores de cabeza flotante son

27. 27
capaces de compensar la expansión y contracción del diferencial entre el depósito y los tubos. Desde
todo el haz de tubos puede extraerse, el mantenimiento es fácil y relativamente barato. La superficie
shellside pueden ser limpiados por el vapor o medios mecánicos.Además de dar cabida a la expansión
diferencial entre los tubos y coraza, la flotación tubesheet mantiene proceso tubesideshellside y
líquidos de la mezcla. Aunque los sellados externamente, diseño de cabezal flotante es menos costoso
que el pleno, interna- intercambiador de cabeza flotante, tiene algunas limitaciones de diseño:
ambos líquidos tubesideshellside y debe ser no-volátil o no-tóxicos y los arreglos tubeside están
limitadas a uno o dos pasos. Además, el embalaje utilizado en este intercambiador límites de
temperatura y presión de diseño a 300 psig y 300 "F. TEMA común de las denominaciones son AEW y
BEW. Las aplicaciones incluyen manejo de intercambiadores de inter- y refrigeradores posteriores,
enfriadores de aceite y chaqueta de enfriadores de agua.
- Paquete extraíble, Internal-Clamp-Ring, Intercambiador Floating-Head
Este diseño es útil para aplicaciones donde la alta-incrustantes fluidos requieren inspección y limpieza
frecuente. Porque el intercambiador permite la expansión térmica diferencial entre los tubos y coraza,
que se ajusta fácilmente a grandes diferencias de temperatura entre el tubesideshellside y los líquidos.
Este diseño tiene mayor versatilidad, sin embargo, desde multi-pass arreglos son posibles. Sin
embargo, desde la cubierta, el anillo de la abrazadera, flotante y cabeza cubierta debe retirarse antes
de que el haz de tubos puede extraerse, costes de servicio y mantenimiento son más elevados que en
"tirar a través de diseños" (véase más adelante). TEMA común de las denominaciones son AES y BES.
Las aplicaciones típicas incluyen condensadores de planta de proceso; inter- y diseños de
postenfriador, enfriadores y calentadores de gas, y de propósito general intercambiadores de calor
industrial.
Removable-Bundle, Outside-Packed, Intercambiador Floating-Head
Este diseño es muy adecuado para aplicaciones donde los líquidos corrosivos, gases o vapores son
distribuidos a través de las trompas de Falopio, y por aire, gases o vapores en el shell. Su diseño
también permite una fácil inspección, limpieza y sustitución de tubo, y dispone de grandes zonas de
entrada del paquete sin necesidad de cúpulas o vapor de las correas. Sólo están expuestos a fluidos
shellside embalaje, permitiendo a alta presión, volátiles, o líquidos tóxicos para ser utilizados en el
interior de los tubos. El embalaje en la cabeza, sin embargo, limitar la presión de diseño y las
temperaturas. TEMA común de las denominaciones son de BEP Y AEP. Las aplicaciones comunes
incluyen refrigeradores de oxígeno líquidos tóxicos o volátiles, manipulación y procesamiento de gas.
Removable-Bundle, Pull-Through, intercambiadores Floating-Head
En el pull-through, diseño de cabezal flotante, la tapa de cabeza flotante está atornillado directamente
al tubesheet flotantes. Esto permite que el paquete para ser quitado de la concha sin quitar la cáscara
o cubiertas de la cabeza flotante, que facilita las tareas de inspección y mantenimiento. Esto es ideal
para aplicaciones que requieren limpieza frecuente. Sin embargo, es uno de los diseños más caros. El
diseño de pull-through acomoda un número menor de tubos en un determinado diámetro de shell, lo
que ofrece una menor superficie de otro paquete de Intercambiadores extraíbles.
TEMA común de las denominaciones son AET y apuesta, y las aplicaciones típicas incluyen
manipulación intercambiadores de fluidos químicos, hidrocarburo fluido condensadores, compresores
de aire o gas, e inter-y refrigeradores posteriores.
Removable-Bundle, intercambiadores de tubo en U
En el intercambiador de tubo en U, un haz de tubos anidados, cada doblada en una serie de forma
concéntrica ESTRICTA U-formas, está conectado a una sola tubesheet, tal como se ilustra en la figura

28. 28
7. Cada tubo se mueva libremente en relación a la shell, y uno en relación con el otro, así que el diseño
es ideal para situaciones que alojar un gran diferencial entre las temperaturas y
los fluidostubesideshellside durante el servicio. Esa flexibilidad hace que el intercambiador de tubo en
U es ideal para aplicaciones que son propensos a choques térmicos o servicio intermitente. Como con
otros removable-bundle intercambiadores, el interior de la concha, y en el exterior de los tubos. Sin
embargo, a diferencia del intercambiador de tubo recto, cuyo tubo interior puede limpiarse
mecánicamente, no hay forma de acceder físicamente a la región Ubend dentro de cada tubo, de
manera que los métodos químicos son necesarios para tubeside mantenimiento.
Figura 7. Diseño de tubo en U.
Como regla general, no ensuciando los líquidos deben enrutarse a través de las trompas de falopio,
mientras que la suciedad los líquidos deben estar reservados para shellside deber. Este intercambiador
barato permite pasar de tubos múltiples arreglos. Sin embargo, debido a que el tubo en U no puede
hacerse sola pasada sobre la tubeside, verdadero flujo contracorriente no es posible. TEMA común de
las denominaciones son BEU y AEU y las aplicaciones típicas incluyen el aceite de refrigeración,
condensación, química y aplicaciones de calefacción a vapor.
Diseños especiales
Para aplicaciones con un alto flujo de vapor de alta presión y condiciones, un espacio especialmente
diseñado shell-y-intercambiador de tubo a menudo deben ser empleadas. Los diseños especiales
pueden también ser llamados cuando las aplicaciones tienen estrechos cruces de temperatura, lo que
significa que la temperatura de salida del fluido calentado supera la del líquido refrigerado.
Los siguientes son algunos ejemplos: TEMA proyectiles tipo K, que permiten obtener una adecuada
separación de líquidos para reboilers; TEMA J-tipo conchas, que alojar flujos de vapor elevada
permitiendo divide el flujo en el shellside; dos pass TEMA F-tipo conchas, que puede utilizarse para
aplicaciones de temperatura existe cuando una cruz (abajo); TEMA D-tipo de cabezadelantero diseños,
que a menudo son la respuesta para aplicaciones tubeside de alta presión.
Si bien estos intercambiadores especialmente diseñada puede ser la solución a un problema con el
proceso, los costos de construcción tienden a ser más altos que los de la "norma" diseñado ella~l-
y- equipos de tubo. TEMA común de las denominaciones incluyen BKU, BJM, BFM y DED.
Intercambiadores especialmente diseñado se denominan a menudo en aplicaciones como reboilers,
calentadores de vapor, condensadores de vapor y calentadores de agua.
Off-the-shelf intercambiadores
Tubesheet fijo y el tubo en U de shell e intercambiadores de tubo son los tipos más comunes de off-
the-shelf intercambiadores de calor disponible. Tales modelos de stock son normalmente utilizados
como componentes de condensadores de vapor, intercambiadores, líquido-líquido y gas reboilers
refrigeradores. Estándar fijo tubesheet de unidades, el más común de shell y los intercambiadores de

29. 29
calor de tubo y varían en tamaño desde 2 a 8 mm de diám. Los materiales de construcción son de latón
o cobre, acero al carbono y acero inoxidable. Aunque este intercambiador es uno de los menos
costosos disponibles, todavía se construyen generalmente a las normas especificadas por el fabricante.
Intercambiadores de stock puede ser construido en la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos
(ASME) códigos.
Intercambiadores de calor de tubo en U se usan comúnmente en aplicaciones de calefacción a vapor,
o aplicaciones de calefacción y refrigeración que manejan fluidos químicos frente al agua. Mientras el
tubo en U es generalmente el más bajo precio disponible intercambiador de calor, mayores costes de
servicio y mantenimiento tienden a ser más altos que otros intercambiadores, desde los anidados, U-
bend diseño hace difícil sustitución tubo individual. Intercambiadores de calor de diseño personalizado,
aunque más caros que sus "off-the-shelf homólogos, son generalmente superiores a los estándares de
diseño de intercambiadores de stock.
Muchos fabricantes siguen el tema de las normas para el diseño, la fabricación y la selección de
materiales. TEMA B es el tema más común denominación, y proporciona especificaciones de diseño
para intercambiadores de servicio de proceso químico.
TEMA C directrices proporcionan especificaciones para las unidades usadas en aplicaciones
comerciales y del proceso general. TEMA R directrices proporcionan especificaciones de
intercambiadores en el refinado de petróleo y las operaciones de proceso. Cada una de estas clases
son aplicables a shell-e intercambiadores de calor de tubo con las siguientes limitaciones: (1) el
diámetro de Shell no exceda de 60 in.; (2) la presión no supere los 3.000 psi; (3) El producto del diámetro
(shell) veces la presión (psi) no supere los 60.000. Las normas establecidas por el American Petroleum
Institute (API); Washington, DC; también son generalmente aceptados en toda la industria del
intercambiador de calor. Estas normas API (614,660 y 661) especificar el diseño mecánico del
intercambiador y lista de materiales específicos que pueden ser utilizados en la construcción de ambos
agua y refrigerado por aire Intercambiadores. Mientras que hay ventajas significativas para la compra
de un intercambiador de diseño personalizado que cumpla cualquiera de Tema o API pautas de
fabricación, estas especificaciones añadir al coste del cambiador y puede ralentizar el tiempo de
entrega.
Intercambiadores de calor de placas en espiral
Un intercambiador de placas en espiral está fabricado a partir de dos bandas relativamente largo de
placa, que están separados y se enrollan alrededor de un centro abierto, dividido para formar un par de
conductos en espiral concéntrica.Se mantiene la separación de forma uniforme a lo largo de la longitud
de la espiral por espárragos de separador soldada a la placa.
En la mayoría de los servicios, tanto de los canales de flujo de líquido se cierran por soldadura canales
alternos a ambos lados de la espiral de la placa (Figura 8). En algunas aplicaciones, uno de los canales
se deja completamente abierto en ambos extremos y otra cerrada en ambos lados de la placa (Figura
9). Estos dos tipos de construcción evitar los líquidos de la mezcla.
Intercambiadores de placa en espiral son fabricados a partir de cualquier material que pueda ser
trabajado en frío y soldada. Materiales utilizados habitualmente incluyen: carbo, acero, acero
inoxidable, níquel y aleaciones de níquel, titanio, Hastelloys y aleaciones de cobre. Los recubrimientos
de resina fenólica horneados se aplican a veces. Los electrodos pueden ser también la herida en la
asamblea anodically proteger superficies contra la corrosión.
Intercambiadores de placa en espiral normalmente están diseñados para la máxima presión de cada
pasaje. La máxima presión de diseño es de 150 psi, porque las vueltas de la espiral son de diámetro
relativamente grande, cada vez debe contener la presión de diseño, y espesores de chapa son algo

30. 30
limitados. Para diámetros más pequeños, sin embargo, la presión de diseño, a veces puede ser mayor.
Limitaciones de los materiales de construcción que rigen el diseño de las temperaturas.
Figura 8. Ambos son de flujo axial y en espiral.
Figura 9. Flujo en espiral en ambos canales.