ESCUELA SUPERIORPOLITÉCNICA DE CHIMBORAZO                    FACULTAD DE MECÁNICAESCUELA DE MANTENIMIENTO            TERMO...
1 Objetivos2 Estudio de la transferencia del calor3 Definiciones4 Formas de intercambiar calor5 Tipos de intercambiadores ...
 5 B Clasificación de los intercambiadores de calor5B.1intercambiadores de tubería doble5B.2 intercambiadores enfriados p...
Para cualquiera que sea el tipo de aparato utilizado, si sólo seconsideran las condiciones de entrada y de salida de los f...
3.1 Un intercambiador de calor es un equipo  utilizado para extraer calor de un fluido  que esta mas caliente de lo  desea...
3.2 Un intercambiador de calor es un  componente que permite la transferencia de  calor de un fluido (líquido o gas) a otr...
3.3 Un intercambiador de calor es un  dispositivo diseñado para transferir calor  entre dos medios, que estén separados  p...
4.1 Transferencia de calor convectiva del  fluido hacia la pared interna del tubo4.2 Transferencia de calor conductiva a  ...
Para el estudio de los intercambiadores de calorse pueden realizar diferentesclasificaciones, dependiendo de varioscriteri...
5A.1.1 Carcasa y tubo:Este tipo de intercambiador consiste en un conjunto de tubos enun contenedor llamado carcaza. El flu...
5A.1.2 PlatoConsiste de placas en lugar de tubos para separar a los dos fluidos caliente y frío. Los líquidos calientes y ...
5A.2.1 Flujo paralelo:     Existe un flujo paralelocuando el flujo interno o de los tubos y el flujo externo     o de la c...
Se presenta un contraflujo cuando los dos fluidos fluyen en lamisma dirección pero en sentido opuesto.
Son comúnmente usado donde uno de los fluidos presenta cambio defase y por tanto se tiene un fluido pasado por el intercam...
Figura 6: Intercambiador de un solo paso e intercambiador de múltiple paso.
Un método que combina las características de dos o másintercambiadores y permite mejorar el desempeño de unintercambiador ...
5A.5 GRADO DE CONTACTO ENTRE LOS FLUIDOS5A.5.1 INTERCAMBIADORES DE CONTACTO DIRECTO  También conocidos como cambiadores de...
5A.5.2.1 INTERCAMBIADORES ALTERNATIVOS En cuanto a los intercambiadores alternativos, ambos fluidos recorren un mismo espa...
Consiste en un tubo pequeño que estádentro de otro tubo mayor, circulando losfluidos en el interior del pequeño y entreamb...
Consiste en una serie de tubos situados en unacorriente de aire, que puede ser forzada por ayudade un ventilador. Los tubo...
Pueden ser de diferentes tipos:5B.3.1 De tipo placa y armazón similares aun filtro prensa.5B.3.2 De aleta de placa con sol...
 Son  los más ampliamente utilizados en la  industria química y con las  consideraciones de diseño mejor  definidas. Cons...
La primera letra es la indicativa del tipo del cabezal estacionario.Los tipo A (Canal y cubierta desmontable) y B (Casquet...
ETAPAS PARA LA TRANSFERENCIA DE CALOR                          Ti > To6.1 Convección desde el fluido en el interior del tu...
RESISTENCIA AL ENSUCIAMIENTO INTERNA YEXTERNA                1       Ln(ro / ri )      1     Rtotal              hi. Ai   ...
1       U*              A*      A*.ri   A*.Ln(ro / ri )   A*.ro      A*             hi. Ai    Ai       2. .K .L         Ao...
FACTOR DE CORRECCIÓN DE LA LMTD        INTERCAMBIADOR
7 PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE      INTERCAMBIADORES.
7.1 Comprobar el balance de energíaHemos de conocer las condiciones del procesamiento, caudales,temperaturas, presiones, p...
7.8 Calcular la superficie de intercambio estimada.7.9 Seleccionar el tamaño del casco (utilizando dos pasos en tubo).7.10...
8 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
El material de construcción más común en los intercambiadores de calor esel acero al carbono. Otros materiales en orden de...
Los intercambiadores de calor se encuentran en muchos  sistemas químicos o mecánicos, sirven para ganar calor o  expeler c...
Las aplicaciones más comunes se encuentran en calentamiento,  ventilación, sistemas de acondicionamiento de espacios, radi...
Radiador.- Algunas plantas dependen de intercambiadores de  calor aire/liquido. El ejemplo más familiar de un  intercambia...
Todos los sistemas de aire acondicionado contienen por lo menos dos  intercambiadores de calor, generalmente llamados evap...
Calentar un fluido frío mediante un fluido con mayor  temperatura.Reducir la temperatura de un fluido mediante un fluido c...
El diseño térmico de los intercambiadores es un área en donde tienen numerosas aplicaciones los principios de transferenci...
Los intercambiadores de calor de casco y placas son extremadamente  eficientes debido a la alta turbulencia creada por la ...
En un intercambiador de flujo paralelo el fluido con mayor temperatura y el fluido con menor temperatura fluyen en la mism...
En un intercambiador de flujo cruzado el fluido con mayor temperatura y el fluido con menor temperatura fluyen formando un...
Los intercambiadores de calor regenerativos usan el  mismo fluido para calentar y enfriar.Los intercambiadores de calor no...
En los intercambiadores de calor los fluidos utilizados no están en contacto entre ellos, el calor es transferido del flui...
termodinámica Intercambiadores de calor
termodinámica Intercambiadores de calor
termodinámica Intercambiadores de calor
termodinámica Intercambiadores de calor
termodinámica Intercambiadores de calor
termodinámica Intercambiadores de calor
termodinámica Intercambiadores de calor
termodinámica Intercambiadores de calor
termodinámica Intercambiadores de calor
termodinámica Intercambiadores de calor
termodinámica Intercambiadores de calor
termodinámica Intercambiadores de calor
termodinámica Intercambiadores de calor
termodinámica Intercambiadores de calor
termodinámica Intercambiadores de calor
termodinámica Intercambiadores de calor
termodinámica Intercambiadores de calor
termodinámica Intercambiadores de calor
termodinámica Intercambiadores de calor
termodinámica Intercambiadores de calor
termodinámica Intercambiadores de calor
termodinámica Intercambiadores de calor
termodinámica Intercambiadores de calor
termodinámica Intercambiadores de calor
Próxima SlideShare
Cargando en…5
×

termodinámica Intercambiadores de calor

33.530 visualizaciones

Publicado el

Publicado en: Tecnología
0 comentarios
11 recomendaciones
Estadísticas
Notas
  • Sé el primero en comentar

Sin descargas
Visualizaciones
Visualizaciones totales
33.530
En SlideShare
0
De insertados
0
Número de insertados
16
Acciones
Compartido
0
Descargas
739
Comentarios
0
Recomendaciones
11
Insertados 0
No insertados

No hay notas en la diapositiva.

termodinámica Intercambiadores de calor

  1. 1. ESCUELA SUPERIORPOLITÉCNICA DE CHIMBORAZO FACULTAD DE MECÁNICAESCUELA DE MANTENIMIENTO TERMODINÁMICAPAGUAY NÉSTORPAREDES JOSÉ LUISQUISINTUÑA ALEJANDRA Riobamba – Ecuador 2012
  2. 2. 1 Objetivos2 Estudio de la transferencia del calor3 Definiciones4 Formas de intercambiar calor5 Tipos de intercambiadores de calor 5A Clasificación de los intercambiadores de calor5A.1 Tipos según su construcción5A.2 Tipos según su operación5A.3 Intercambiadores de un solo paso (o paso simple) y de múltiple pasos.5A.4 Por su función en un sistema5A.5 Grado de contacto entre los fluidos
  3. 3.  5 B Clasificación de los intercambiadores de calor5B.1intercambiadores de tubería doble5B.2 intercambiadores enfriados por aire5B.3 intercambiadores de tipo placa5B.4 intercambiadores de casco y tubo6 Etapas para la transferencia de calor7 Parámetros para el diseño de intercambiadores.8 Materiales de construcción9 Aplicaciones10 Conclusiones10 Bibliografía
  4. 4. Para cualquiera que sea el tipo de aparato utilizado, si sólo seconsideran las condiciones de entrada y de salida de los fluidos,se puede establecer el balance térmico global del aparatoescribiendo que la cantidad de calor Q perdida por el fluidocaliente es igual a la que gana el fluido menos caliente, si sedesprecian las pérdidas térmicas.Q = M (H1 - H2) = m (h2 - h1)Las letras mayúsculas se reservan para el fluido caliente y lasminúsculas para el fluido menos caliente, mientras que losíndices 1 y 2 corresponden respectivamente, a las condicionesde entrada y de salida. M y m representan los caudales másicosde los fluidos; H y h las entalpías de los fluidos en función de sustemperaturas, T y t.
  5. 5. 3.1 Un intercambiador de calor es un equipo utilizado para extraer calor de un fluido que esta mas caliente de lo deseado, transfiriendo este calor a otro fluido que esta menos caliente y necesita ser calentado. La transferencia de calor se realiza a través de una pared metálica o de un tubo que separa a ambos fluidos.
  6. 6. 3.2 Un intercambiador de calor es un componente que permite la transferencia de calor de un fluido (líquido o gas) a otro fluido. En los sistemas mecánicos, químicos, nucleares y otros, ocurre que el calor debe ser transferido de un lugar a otro, o bien, de un fluido a otro. Los intercambiadores de calor son los dispositivos que permiten realizar dicha tarea.
  7. 7. 3.3 Un intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para transferir calor entre dos medios, que estén separados por una barrera o que se encuentren en contacto. Son parte esencial de los dispositivos de refrigeración, acondicionamiento de aire, producción de energía y procesamiento químico.
  8. 8. 4.1 Transferencia de calor convectiva del fluido hacia la pared interna del tubo4.2 Transferencia de calor conductiva a través de la pared del tubo4.3 Transferencia de calor convectiva desde la pared externa del tubo hacia el fluido exterior.
  9. 9. Para el estudio de los intercambiadores de calorse pueden realizar diferentesclasificaciones, dependiendo de varioscriterios, en este documento se han clasificado dedos formas, un tanto diferentes, pero no debemosconfundirnos, solo es otra manera declasificarlos .
  10. 10. 5A.1.1 Carcasa y tubo:Este tipo de intercambiador consiste en un conjunto de tubos enun contenedor llamado carcaza. El flujo de fluido dentro de lostubos se le denomina flujo interno y aquel que fluye en el interiordel contenedor como fluido de carcaza o fluido externo.
  11. 11. 5A.1.2 PlatoConsiste de placas en lugar de tubos para separar a los dos fluidos caliente y frío. Los líquidos calientes y fríos se alternan entre cada uno de las placas y los bafles dirigen el flujo del líquido entre las placas.
  12. 12. 5A.2.1 Flujo paralelo: Existe un flujo paralelocuando el flujo interno o de los tubos y el flujo externo o de la carcaza ambos fluyen en la misma dirección .
  13. 13. Se presenta un contraflujo cuando los dos fluidos fluyen en lamisma dirección pero en sentido opuesto.
  14. 14. Son comúnmente usado donde uno de los fluidos presenta cambio defase y por tanto se tiene un fluido pasado por el intercambiador en dosfaces bifásico.
  15. 15. Figura 6: Intercambiador de un solo paso e intercambiador de múltiple paso.
  16. 16. Un método que combina las características de dos o másintercambiadores y permite mejorar el desempeño de unintercambiador de calor es tener que pasar los dos fluidosvarias veces dentro de un intercambiador de paso simple.Cuando los fluidos del intercambiador intercambian calor másde una vez, se denomina intercambiador de múltiples pasos.Sí el fluido sólo intercambia calor en una sola vez, sedenomina intercambiador de calor de paso simple o de un solopaso.En la figura (6) se muestra un ejemplo de estosintercambiadores.
  17. 17. 5A.5 GRADO DE CONTACTO ENTRE LOS FLUIDOS5A.5.1 INTERCAMBIADORES DE CONTACTO DIRECTO También conocidos como cambiadores de mezcla, son aquellos dispositivos en los que los fluidos sufren una mezcla física completa, realizándose, como consecuencia, la transferencia energética entre ellos. Pertenecen a este grupo, entre otros tipos de cambiadores, las denominadas torres de refrigeración o torres húmedas, así como los enfriadores de gases.5A.5.2 INTERCAMBIADORES DE CONTACTO INDIRECTO. Estos pueden a su vez dividirse en alternativos y de superficie.
  18. 18. 5A.5.2.1 INTERCAMBIADORES ALTERNATIVOS En cuanto a los intercambiadores alternativos, ambos fluidos recorren un mismo espacio de forma alternada, sin coincidencia entre ellos, de forma tal que la mezcla física de ambos fluidos puede considerarse despreciable. El elemento fundamental de este subgrupo de cambiadores es la superficie que alternativamente recibe y cede la energía térmica.5A.5.2.1 INTERCAMBIADORES DE SUPERFICIE Se denominan intercambiadores de superficie a aquellos equipos o dispositivos en los que la transferencia térmica se realiza a través de una superficie, plana o cilíndrica, que separa físicamente las corrientes de ambos fluidos, no existiendo por tanto ninguna posibilidad de contacto directo o contaminación entre dichos fluidos, salvo en el caso de rotura de la antedicha superficie de separación.
  19. 19. Consiste en un tubo pequeño que estádentro de otro tubo mayor, circulando losfluidos en el interior del pequeño y entreambos.Se utilizan cuando los requisitos de áreade transferencia son pequeños.
  20. 20. Consiste en una serie de tubos situados en unacorriente de aire, que puede ser forzada por ayudade un ventilador. Los tubos suelen tener aletaspara aumentar el área de transferencia de calor.Pueden ser de 40 ft (12m) de largo y anchos de 8a 16 ft (2,5 a 5 m), para su selección se considerael factor económico.
  21. 21. Pueden ser de diferentes tipos:5B.3.1 De tipo placa y armazón similares aun filtro prensa.5B.3.2 De aleta de placa con soldaduraPor la construcción están limitados apresiones pequeñas.
  22. 22.  Son los más ampliamente utilizados en la industria química y con las consideraciones de diseño mejor definidas. Consisten en una estructura de tubos pequeños colocados en el interior de un casco de mayor diámetro. Las consideraciones de diseño están estandarizadas por The Tubular Exchanger Manufacturers Association (TEMA)
  23. 23. La primera letra es la indicativa del tipo del cabezal estacionario.Los tipo A (Canal y cubierta desmontable) y B (Casquete) son losmás comunes.La segunda letra es la indicativa del tipo de casco. La más común esla E (casco de un paso) la F de dos pasos es más complicada demantener. Los tipos G, H y J se utilizan para reducir las pérdidas depresión en el casco. El tipo K es el tipo de Rehervidor de calderautilizado en torre de fraccionamiento. La tercera letra nos indica el tipo de cabezal del extremo posterior,los de tipo S, T y U son los más utilizados. El tipo S (cabezal flotantecon dispositivo de apoyo) el diámetro del cabezal es mayor que eldel casco y hay que desmontarlo para sacarlo. El tipo T (Cabezalflotante sin contrabrida) puede sacarse sin desmontar, pero necesitamayor diámetro de casco para la misma superficie de intercambio.El tipo U (Haz de tubo en U) es el más económico.
  24. 24. ETAPAS PARA LA TRANSFERENCIA DE CALOR Ti > To6.1 Convección desde el fluido en el interior del tubo hasta las paredes del mismo. 1 Ri hi. Ai Ts6.2 Conducción del interior al exterior del tubo. hi To Ln(ro / ri ) Ti ho Rcond 2. .K .L3. Convección desde el exterior del tubo al fluido. 1 1 Ln(ro / ri ) 1 Ro Rtotal ho. Ao hi. Ai 2. .K .L ho. Ao
  25. 25. RESISTENCIA AL ENSUCIAMIENTO INTERNA YEXTERNA 1 Ln(ro / ri ) 1 Rtotal hi. Ai 2. .K .L ho. Ao 1 ri Ln(ro / ri ) ro 1Rtotal hi. Ai Ai 2. .K .L Ao ho. Ao COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR TOTAL 1 U *. A* Rtotal
  26. 26. 1 U* A* A*.ri A*.Ln(ro / ri ) A*.ro A* hi. Ai Ai 2. .K .L Ao ho. AoREFERIDA AL ÁREA EXTERNA 1 Uo Ao Ao.ri Ao.Ln(ro / ri ) 1 ro hi. Ai Ai 2. .K .L ho
  27. 27. FACTOR DE CORRECCIÓN DE LA LMTD INTERCAMBIADOR
  28. 28. 7 PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE INTERCAMBIADORES.
  29. 29. 7.1 Comprobar el balance de energíaHemos de conocer las condiciones del procesamiento, caudales,temperaturas, presiones, propiedades físicas de los fluidos,...7.2 Asignar las corrientes al tubo y casco.7.3 Dibujar los diagramas térmicos.7.4 Determinar el número de intercambiadores en serie.7.5 Calcular los valores corregidos de la diferencia media detemperaturas (mtd).7.6 Seleccionar el diámetro, espesor, material, longitud yconfiguración de los tubos.7.7 Estimar los coeficientes de película y de suciedad. calcular loscoeficientes globales de transmisión de calor
  30. 30. 7.8 Calcular la superficie de intercambio estimada.7.9 Seleccionar el tamaño del casco (utilizando dos pasos en tubo).7.10 Calcular las perdidas de presión en el lado del tubo yrecalcular el número de pasos para cumplir con las perdidas depresión admisibles.7.11 Asumir la separación entre desviadores y el área de paso paraconseguir la perdida de presión en casco admisible.7.12 Recalcular los coeficientes de película en el lado del tubo ydel casco utilizando las velocidades másicas disponibles.7.13 Recalcular los coeficientes globales de transmisión de calor ycomprobar si tenemos suficiente superficie de intercambio.7.14 Si la superficie de intercambio es muy grande o muy pequeñarevisar los estimados de tamaño de carcasa y repetir lasetapas 9-13.
  31. 31. 8 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
  32. 32. El material de construcción más común en los intercambiadores de calor esel acero al carbono. Otros materiales en orden de utilización son:• Acero inoxidable de la serie 300• Níquel• Monel• Aleaciones de cobre, como latón Admiralty• Aluminio• Acero inoxidable de la serie 400Los materiales a utilizar se seleccionan por su resistencia a la corrosión.Se utilizan tubos bimetálicos cuando las condiciones de temperatura yrequisitos de corrosión no permiten la utilización de una aleación simple.Consisten en dos materiales laminados juntos. Hay que tener cuidado con laacción galvánica.También se encuentran intercambiadores de construcción no metálica comoson tubos de vidrio, en casco de vidrio o acero. También se encuentranintercambiadores de calor de grafito, y de teflón.
  33. 33. Los intercambiadores de calor se encuentran en muchos sistemas químicos o mecánicos, sirven para ganar calor o expeler calor en determinados procesos.Los intercambiadores de calor de casco y tubo (o tubular) tienen usos en donde se demandan de manera significativa una alta temperatura y presión. El uso de estos equipos también abarca aplicaciones donde el líquido contiene partículas que bloquearían los canales de un cambiador de calor de placas.
  34. 34. Las aplicaciones más comunes se encuentran en calentamiento, ventilación, sistemas de acondicionamiento de espacios, radiadores en máquinas de combustión interna, calderas, condensadores, y precalentadores o enfriamiento de fluidos.Precalentador.- En sistemas de vapor de gran escala, o en sistemas donde se requieren grandes temperaturas, el fluido de entrada es comúnmente precalentado en etapas, en lugar de tratar de calentar dicho fluido en una sola etapa desde el ambiente hasta la temperatura final. El precalentamiento en etapas incrementa la eficiencia del la planta y minimiza el choque térmico de los componentes, que es el caso de inyectar fluido a temperatura ambiente en una caldera u otro dispositivo operando a alta temperatura.
  35. 35. Radiador.- Algunas plantas dependen de intercambiadores de calor aire/liquido. El ejemplo más familiar de un intercambiador de calor aire-líquido es un radiador de automóvil. El líquido refrigerante fluye por el motor y toma el calor expelido y lo lleva hasta el radiador. El líquido refrigerante fluye entonces por tubos que utilizan aire fresco del ambiente para reducir la temperatura del líquido refrigerante. Ya que el aire es un mal conductor del calor, el área de contacto térmico entre el metal del radiador y el aire se debe maximizar. Esto se hace usando aletas en el exterior de los tubos.
  36. 36. Todos los sistemas de aire acondicionado contienen por lo menos dos intercambiadores de calor, generalmente llamados evaporador y condensador. En cualquier caso, el evaporador o el condensador, el refrigerante fluye en el intercambiador de calor y transfiere el calor, ya sea ganándolo o expeliéndolo al medio frío. Comúnmente, el medio frío es aire o agua.Los intercambiadores de calor de placa son de uso frecuente en fluidos de baja viscosidad con demandas moderadas de temperaturas y presión, típicamente por debajo de los 150°C. El material de los sellos se elige preferentemente para soportar la temperatura de operación y conforme a las características del líquido de proceso.
  37. 37. Calentar un fluido frío mediante un fluido con mayor temperatura.Reducir la temperatura de un fluido mediante un fluido con menor temperatura.Llevar al punto de ebullición a un fluido mediante un fluido con mayor temperatura.Condensar un fluido en estado gaseoso por medio de un fluido frío.Llevar al punto de ebullición a un fluido mientras se condensa un fluido gaseoso con mayor temperatura.
  38. 38. El diseño térmico de los intercambiadores es un área en donde tienen numerosas aplicaciones los principios de transferencia de calor.El diseño real de un intercambiador de calor es un problema mucho más complicado que el análisis de la transferencia de calor porque en la selección del diseño final juegan un papel muy importante los costos, el peso, el tamaño y las condiciones económicas.
  39. 39. Los intercambiadores de calor de casco y placas son extremadamente eficientes debido a la alta turbulencia creada por la geometría compleja de cada paso de la placa. La elevada turbulencia conduce a un coeficiente mucho más alto de transferencia de calor comparado con los intercambiadores de calor convencionales, es decir que requieren de menor superficie de transferencia de calor para realizar un trabajo dado. Esto demuestra que no sólo son compactos sino que también son rentables pues se requiere menos material para su fabricación.El intercambiador de casco y placas es muy durable. Esto es debido a que los casetes de placas circulares, al ser soldados en su totalidad y por su propia estructura, proveen suficiente rigidez para eliminar la vibración por inducción y permitirle un diseño para muy altas presiones.
  40. 40. En un intercambiador de flujo paralelo el fluido con mayor temperatura y el fluido con menor temperatura fluyen en la misma dirección.En un intercambiador de Contraflujo el fluido con mayor temperatura y el fluido con menor temperatura fluyen en con la misma dirección pero en sentido contrario.
  41. 41. En un intercambiador de flujo cruzado el fluido con mayor temperatura y el fluido con menor temperatura fluyen formando un ángulo de 90◦ entre ambos, es decir perpendicular uno al otro.Los intercambiadores de un solo paso tienen fluidos que transfieren calor de uno a otro una sola vez.Los intercambiadores de múltiple paso tienen fluidos que transfieren calor de uno a otro más de una vez a través del uso de tubos en forma de "U" y el uso de bafles.
  42. 42. Los intercambiadores de calor regenerativos usan el mismo fluido para calentar y enfriar.Los intercambiadores de calor no-regenerativos usan fluidos separados para calentar y enfriar.Debe quedar claro que la función de los intercambiadores de calor es la transferencia de calor, donde los fluidos involucrados deben estar a temperaturas diferentes. Se debe tener en mente que el calor sólo se transfiere en una sola dirección, del fluido con mayor temperatura hacia el fluido de menor temperatura.
  43. 43. En los intercambiadores de calor los fluidos utilizados no están en contacto entre ellos, el calor es transferido del fluido con mayor temperatura hacia el de menor temperatura al encontrarse ambos fluidos en contacto térmico con las paredes metálicas que los separan.Los intercambiadores de calor son dispositivos que permiten remover calor de un punto a otro de manera específica en una determinada aplicación.

×