2. DEFINICIÓN
INTERCAMBIADOR DE CALOR
Es un equipo de transferencia de calor empleado en procesos químicos con
la finalidad de intercambiar calor entre dos corrientes de un proceso
CLASIFICACIÓN DE EQUIPOS DE
TRANSFERENCIA DE CALOR
 Según de tipo de servicio
 De acuerdo al proceso de transferencia
 De acuerdo a los mecanismos de transferencia
de calor
 De acuerdo al numero de fluidos involucrados
 De acuerdo a la disposición de los fluidos
 De acuerdo a la compactación de la superficie
 De acuerdo al tipo de construcción

3. CLASIFICACIÓN: SEGÚN SERVICIO
Condensador
Condensan una corriente
de proceso
Calentador Rehervidor
Calientan una corriente Vaporiza una corriente
de proceso de proceso
Refrigerador
Enfrían una corriente de proceso Sobrecalentador
con un liquido refrigerante a fin Calienta un vapor por encima
SEGÚN SU SERVICIO
de obtener temperaturas menores de condiciones de saturación
que las que se obtendrían con un
enfriador
Enfriador Vaporizador
Enfría una corriente de proceso con Convierte liquido a vapor. Cuando el
agua o aire liquido es diferente al agua
Generador de Vapor
Producen vapor de agua y se conocen como calderas d
e recuperación de calor

4. CLASIFICACIÓN: SEGÚN CONSTRUCCIÓN
INTERCAMBIADORES DE DOBLE TUBO
• Es uno de los diseños más simples
• Consiste básicamente de dos tubos concéntricos, en donde una corriente
circula por dentro del tubo interior mientras que la otra circula por el ánulo
formado entre los tubos.
• Este es un tipo de intercambiador cuya construcción es fácil y económica,
lo que lo hace muy útil.

5. INTERCAMBIADORES DE DOBLE TUBO
Multitubular

6. CLASIFICACIÓN: SEGÚN CONSTRUCCIÓN
ENFRIADORES DE AIRE
• Son equipos de transferencia de calor tubulares en los que el aire ambiente al
pasar por fuera de un haz de tubos, actúa como medio refrigerante para
condensar y/o enfriar el fluido que va por dentro de los mismos.
• Se le conoce como intercambiadores de flujo cruzado debido a que el aire se
hace soplar perpendicularmente al eje de los tubos

7. CLASIFICACIÓN: SEGÚN CONSTRUCCIÓN
INTERCAMBIADORES EN ESPIRAL
 Estos intercambiadores se originaron en Suecia hace mas de 40 años para
ser utilizados en la industria del papel y son llamados también SHE debido a
sus siglas en inglés: Spiral Heat Exchanger.
 Su diseño consiste en un par de láminas de metal enrolladas alrededor de
un eje formando pasajes paralelos en espiral por entre los cuales fluye cada
sustancia.
 Son muy utilizados en el manejo de fluidos viscosos, lodos y líquidos con
sólidos en suspensión, así como también en operaciones de condensación y
vaporización.

8. INTERCAMBIADORES EN ESPIRAL

9. CLASIFICACIÓN: SEGÚN CONSTRUCCIÓN
INTERCAMBIADORES DE CARCAZA Y TUBO
Haz de tubos dentro de una carcaza cilíndrica, con presencia de deflectores para
generar turbulencia y soportar los tubos. El arreglo de tubos es paralelo al eje
longitudinal de la carcaza y puede estar fijo o ser de cabezal flotante. Tubos internos
lisos o aleteados
Es el más utilizado en las refinerías y plantas químicas en general debido a que:
• Proporciona flujos de calor elevados en relación con su peso y volumen.
• Es relativamente fácil de construir en una gran variedad de tamaños.
• Es bastante fácil de limpiar y de reparar.
• Es versátil y puede ser diseñado para cumplir prácticamente con cualquier
aplicación.

10. INTERCAMBIADORES DE CARCASA Y TUBO

11. INTERCAMBIADORES DE CARCASA Y TUBO

12. INTERCAMBIADORES DE CARCAZA Y TUBO
Boquilla para los tubos
Boquilla de la carcaza
Divisor
Tubos Carcaza cilíndrica de paso o
baffles longitudinal
Placa de tubos
flotante
Boquilla para los tubos
Deflectores transversales
(baffles)
Cabezal flotante Boquilla de la carcaza

13. CLASIFICACIÓN DE INTERCAMBIADORES DE CARCAZA Y TUBO
Se diseñan
Intercambiadores de Según estándares publicados por
carcaza y tubo Asociación de Fabricantes de
intercambiadores tubulares
APLICABLE :
Diámetro interno de la carcaza
(DIC) ≤ 1,524 mm (60 in)
Presión ≤ 207 bar (3000Psi)
DIC*Presión ≤ 105000 mm bar TEMA: Tubular Exchanger Manufacturers Association
(60000 in psi)
Clase R Clase C Clase B
Propósitos generales
Petróleo y aplicaciones Procesos químicos
relacionadas

14. CLASIFICACIÓN DE INTERCAMBIADORES DE CARCAZA Y TUBO
Designación de intercambiadores
XXX
Cabezal
anterior Cabezal
posterior
Tipo de
carcaza

15. CLASIFICACIÓN DE INTERCAMBIADORES DE CARCAZA Y TUBO
De Cabezal flotante:
Tiene una sola placa de tubos
sujeta a la carcaza
Según su construcción
mecánica
Tubos en forma de U De cabezal fijo:
Tienen solo una placa donde se Tienen las dos placas de tubos
insertan los tubos en forma de U soldadas a la carcaza

16. CLASIFICACIÓN DE INTERCAMBIADORES DE CARCAZA Y TUBO
De cabezal flotante
Tipo AES
Tubos en forma de U
Tipo CFU
De Cabezal fijo
Tipo BEM

17. ELEMENTOS DEL INTERCAMBIADORES DE CARCAZA Y TUBO
Proporcionan la superficie de transferencia de calor entre un fluido
TUBOS
que fluye dentro de ellos y otro que fluye sobre su superficie externa
 Se encuentran disponibles en varios metales como:
acero de bajo carbono, cobre, aluminio, 70-30 cobre-níquel, acero inoxidable
Arreglo triangular Arreglo triangular rotado
 El fluido de la carcaza debe ser limpio
 El arreglo triangular rotado raramente se usa por las altas caídas de presión
que generan

18. ELEMENTOS DEL INTERCAMBIADORES DE CARCAZA Y TUBO
Arreglo cuadrado Arreglo cuadrado rotado
 El fluido de la carcaza debe ser sucio
 Se prefiere cuando la limpieza mecánica es critica
Espaciado de tubos (Pitch) 1.25*Diámetro externo del tubo
• En las refinerías se prefieren tubos de 20 pie de longitud
• Los haces no removibles usan siempre arreglos triangulares (30°)
Cuanto más largo es un intercambiador, menos
tubos contiene, menor es el diámetro de la carcaza,
su diseño es más simple y menor es su costo.

19. SELECCIÓN DEL ANGULO DEL PITCH

20. ELEMENTOS DEL INTERCAMBIADORES DE CARCAZA Y TUBO
DEFLECTORES
 Soportar el haz de tubos.
 Restringir la vibración de los tubos debido a los choques con el fluido.
 Canalizar el flujo de fluidos por la carcasa originando turbulencia para lograr mayore
s efectos de trasferencia de calor.

21. ELEMENTOS DEL INTERCAMBIADORES DE CARCAZA Y TUBO
Tipos de Deflectores
Segmentado La altura de la ventana expresada como un
porcentaje del diámetro de la carcasa, se de
nomina CORTE DEL DEFLECTOR.
Para deflectores segmentados el corte está
entre 15-40%
El mejor resultado se obtiene con 25% de corte.
Doble Segmentado Distancia centro a centro entre
deflectores adyacentes
B
1/5 DC < B > DC

22. ELEMENTOS DEL INTERCAMBIADORES DE CARCAZA Y TUBO
TIPO DE CARCAZA
TIPO E TIPO F
Un paso por la carcasa Dos paso por la carcasa con bafle longitudinal

23. LUGAR DE CIRCULACIÓN DE LOS FLUIDOS
 Cuando se opera con un fluido muy corrosivo debe hacerse circular por el interior
de los tubos para evitar la corrosión de todo el intercambiador
 Para los fluidos con un alto factor de ensuciamiento, es conveniente hacerlo
circular por los tubos donde se puede mantener un mejor control de la velocidad
que puede reducir este efecto.
 En servicios de alta temperatura se fabrican los tubos de aleaciones convenientes
que reduzcan la expansion termica y se hace circular el fluido caliente por el
interior de ellos.

24. LUGAR DE CIRCULACIÓN DE LOS FLUIDOS
 Los fluidos con mayor presión deben generalmente colocarse por los tubos.
 Los fluidos muy viscosos deben colocarse fuera de los tubos para obtener
altos coeficientes de transferencia de calor, por crearse alli mayor turbulencia.
 El fluido de menor flujo masico se coloca fuera de los tubos, ya que alli se
somete a mayor turbulencia, mejorandose el coeficiente de transferencia de
calor.

25. ECUACIONES BASICAS PARA EL INTERCAMBIO DE CALOR
ETAPAS PARA LA TRANSFERENCIA DE CALOR Ti > To
1. Convección desde el fluido en el interior del tubo hasta las paredes del mismo.
1
Ri
hi. Ai
Ts
2. Conducción del interior al exterior del tubo.
hi To
Ln(ro / ri ) Ti ho
Rcond
2. .K .L
3. Convección desde el exteriordel tubo al fluido.
1 1 Ln(ro / ri ) 1
Ro Rtotal
ho. Ao hi. Ai 2. .K .L ho. Ao

26. ECUACIONES BASICAS PARA EL INTERCAMBIO DE CALOR
RESISTENCIA AL ENSUCIAMIENTO INTERNA Y EXTERNA
1 Ln(ro / ri ) 1
Rtotal
hi. Ai 2. .K .L ho. Ao
1 ri Ln(ro / ri ) ro 1
Rtotal
hi. Ai Ai 2. .K .L Ao ho. Ao
COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR TOTAL
1
U *. A*
Rtotal
* Basado en cualquier área

27. ECUACIONES BASICAS PARA EL INTERCAMBIO DE CALOR
1
U*
A* A*.ri A*.Ln(ro / ri ) A*.ro A*
hi. Ai Ai 2. .K .L Ao ho. Ao
REFERIDA AL ÁREA EXTERNA
1
Uo
Ao Ao.ri Ao.Ln(ro / ri ) 1
ro
hi. Ai Ai 2. .K .L ho
COEFICIENTE LIMPIO DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Es el coeficiente total que puede esperarse cuando un intercambiador nuevo se
coloca por primera vez en servicio.

28. ECUACIONES BASICAS PARA EL INTERCAMBIO DE CALOR
Resistencia por ensuciamiento debido a lubricantes y corrosión
1 h. pie2 . F
Rio Ro rw F1 donde F1 0.0001
Uc BTU
Relación Uo y Uc
Relación básica que sirve para
calcular los intercambiadores de calor
1
Rio Ro rw F1
Uc Q U . A. T
1 1
rio ro F1
Uo Uc
Uc > Uo siempre

29. ECUACIONES BASICAS PARA EL INTERCAMBIO DE CALOR
Diferencia de temperatura media logarítmica
La diferencia de temperaturas en cada punto del intercambiador constituye la
fuerza impulsora mediante la cual se transfiere el calor. En el intercambiador los
fluidos pueden viajar en contracorriente, paralelo, flujo cruzado o una
combinación de ellas, experimentado variaciones de temperatura que no son
lineales a lo largo de su recorrido en el intercambiador. Así, la diferencia de
temperatura entre los fluidos diferirá punto a punto en el intercambiador.
Disposición de fluidos
Flujo en Paralelo o Cocorriente Contracorriente
Ambos fluidos entran al equipo por el mismo Los fluidos fluyen en dirección opuestas el
extremo, fluyen en la misma dirección y salen uno del otro
por el otro extremo

30. ECUACIONES BASICAS PARA EL INTERCAMBIO DE CALOR
Intercambiador de doble tubo en contracorriente
T
w Ti
Ti
w w ti to
to
w To
To ti
0 L
(Ti - t o ) - (To - t i )
LMTD =
Ti - t o
ln
To - t i
Termodinámicamente es una disposición superior a cualquier otra .

31. ECUACIONES BASICAS PARA EL INTERCAMBIO DE CALOR
Intercambiador de doble tubo en paralelo o corriente
T
Ti
W Ti W To
w w
ti to
To
to
ti
0 L
(Ti - t i ) - (To - t o )
LMTD =
Ti - t i
ln
To - t o

32. ECUACIONES BASICAS PARA EL INTERCAMBIO DE CALOR
Para las diferentes configuraciones de flujo mostradas a continuación, calcule la
diferencia de temperatura media logarítmica (LMTD)
A. Contracorriente
Fluido caliente Fluido frío
Ti= 300 °F entra to=150 °F sale
To= 200 °F sale ti=100 °F entra
(Ti - t o ) - (To - t i ) (300 - 150) - (200 - 100)
LMTD = LMTD =
Ti - t o 300 - 150
ln ln
To - t i 200 - 100
LMTD = 123.32 °F

33. ECUACIONES BASICAS PARA EL INTERCAMBIO DE CALOR
Para las diferentes configuraciones de flujo mostradas a continuación, calcule la
diferencia de temperatura media logarítmica (LMTD)
B. Paralelo
Fluido caliente Fluido frío
Ti= 300 °F entra to=150 °F sale
To= 200 °F sale ti=100 °F entra
(Ti - t i ) - (To - t o ) (300 - 100) - (200 - 150)
LMTD = LMTD =
Ti - t i 300 - 100
ln ln
To - t o 200 - 150
LMTD = 108.2 °F

34. ECUACIONES BASICAS PARA EL INTERCAMBIO DE CALOR
Cuando hay combinados de flujos, como en un intercambiador distinto de 1:1
MTD
Ft
LMTD
Ft =1 Flujo equivalente a contracorriente Para cualquier arreglo, FT < 0.75 Inaceptable
Fluido por los tubos Fluido por la carcaza
to Salida Ti Entrada
t*
Intercambiador 1-2 carcaza y tubo
To Salida
ti Entrada
Fluido por la carcaza
Fluido por los tubos

35. ECUACIONES BASICAS PARA EL INTERCAMBIO DE CALOR
Fluido por la carcaza
Fluido por los tubos (entrada)
(salida)
Fluido por los tubos
Fluido por la carcaza
(entrada)
(salida)
Intercambiador 2-2 carcaza y tubo

36. ECUACIONES BASICAS PARA EL INTERCAMBIO DE CALOR
Ti
to
To
ti
Intercambiador 1-2 en serie

37. ECUACIONES BASICAS PARA EL INTERCAMBIO DE CALOR
Ti
to
To
ti
Intercambiador 1-2 en serie

38. ECUACIONES BASICAS PARA EL INTERCAMBIO DE CALOR
FACTOR DE CORRECCIÓN DE LA LMTD (INTERCAMBIADOR 1-2)

39. ECUACIONES BASICAS PARA EL INTERCAMBIO DE CALOR
FACTOR DE CORRECCIÓN DE LA LMTD (INTERCAMBIADOR 2-4)

40. PROCEDIMIENTO GENERAL DE DISEÑO
 Calcular la cantidad de calor intercambiado (Q)
Q m * Cps * (Ti To) m * Cpt * (ti to)
 Calcular la diferencia de temperatura media efectiva
MTD Ft * LMTD
 Asumir el coeficiente global de transferencia de calor Uo
 Calcular el área basada en Uo supuesto
Q
A tc =
Uo * MTD

41. PROCEDIMIENTO GENERAL DE DISEÑO
 Determinar las dimensiones físicas del intercambiador a partir del área calculada
 Calcular el coeficiente global de transferencia de calor Uo
1
Uo
Ao Ao.ri Ao.Ln(ro / ri ) 1
ro
hi. Ai Ai 2. .K .L ho
 Calcular la caída de presión a través del intercambiador
 Calcular el área de transferencia basada en Uo calculado y MTD
 Comparación del área de transferencia calculada con el paso anterior
 Repetir los cálculos hasta igualar las área de transferencia