Características y Aplicaciones de los IC.pptx

ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE
CHIMBORAZO
ESCUELA DE INGENIERIA DE MANTENIMIENTO
TERMODINAMICA
INTERCAMBIADORES DE CALOR
INTEGRANTES:
•EDISON CULLAY
•PABLO COQUE
•ERICK CORDOVA

1.- OBJETIVOS
2.- INTRODUCCIÓN
3.-DEFINICIÓN
4.- TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR.
4.1.- ARREGLO DE FLUJO
4.1.1.- FLUJO PARALELO
4.1.2.-CONTRAFLUJO
4.1.3.- FLUJO CRUZADO
4.2.- POR SU CONSTRUCCIÓN
4.2.1.- CONCENTRICO
4.1.2.- TUBO Y CORAZA
4.1.3.- COMPACTOS
5.- APLICACIONES GENERALES
6.- SELECCIÓN DE INTERCAMBIADORES.
7.- COMO DISEÑAR UN INTERCAMBIADOR.
8.- PROCEDIMIENTO GENERAL DE DISEÑO.
9.- LIMPIEZA Y MANTENIMIENTO DE LOS INTERCAMBIADORES.
10.- CONCLUCIONES.

OBJETIVO PRINCIPAL:
• Estudiar los diferentes tipos de INTERCAMBIADORES
DE CALOR y sus diferentes aplicaciones en el mundo
industrial.
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Mediante una presentación en slideshare determinar el
correcto funcionamiento de los intercambiadores de calor.
Sintetizar las diferentes formas de realizar un correcto
mantenimiento de los intercambiadores de calor
Resaltar la importancia de los intercambiadores de calor
al momento de economizar ahorros en costos energéticos

INTRODUCCION:
La transmisión de calor es necesaria en los procesos industriales actuales,
mediante esta transmisión se consiguen ahorros de costos energéticos y máximo
aprovechamiento de la energía ya disponible en el sistema. Los fluidos, por
Tanto, se calientan ó refrigeran para seguir siendo aprovechados dentro del
proceso industrial gracias a los intercambiadores.
Las aplicaciones de los intercambiadores de calor son muy variadas y reciben
diferentes nombres:
• Intercambiador de Calor: Realiza la función doble de calentar y enfriar dos
fluidos.
• Condensador: Condensa un vapor o mezcla de vapores.
• Enfriador: Enfría un fluido por medio de agua.
• Calentador: Aplica calor sensible a un fluido.
• Rehervidor: Conectado a la base de una torre fraccionadora proporciona el
calor de reebulición que se necesita para la destilación. (Los hay de termosifón,
de circulación forzada, de caldera,...)
• Vaporizador: Un calentador que vaporiza parte del líquido

INTERCAMBIADORES DE CALOR
DEFINICIÓN
Los equipos de intercambio de calor son todos los dispositivos que
pueden ser utilizados para transferir (recuperar) calor desde una
corriente de un fluido caliente a otro constituido por uno mas frio.
Ej.
En un tipo de intercambiador, los hidrocarburos procesados circulan a
través de tubos rodeados por aire o agua fría, de forma similar al
radiador de un automóvil.

TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE
CALOR
Los intercambiadores generalmente se clasifican de acuerdo
con el arreglo de flujo y el tipo de construcción.
TIPOS DE INTERCAMBIADORES
Arreglo de flujo Por su construcción
Flujo paralelo
Contra flujo
Flujo cruzado
Concéntrico
Tubo y coraza
Compactos

TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR
FLUJO PARALELO.
Existe un flujo paralelo cuando el flujo interno o de los tubos y el flujo externo
o de la carcasa ambos fluyen en la misma dirección. En este caso, los dos fluidos
entran al intercambiador por el mismo extremo y estos presentan una diferencia
de temperatura significativa. Como el calor se transfiere del fluido con mayor
temperatura hacia el fluido de menor temperatura, la temperatura de los fluidos
se aproximan la una a la otra, es decir tratan de alcanzar el equilibrio térmico
entre ellos.

CONTRAFLUJO
Se presenta un contraflujo cuando los dos fluidos fluyen en la misma dirección
pero en sentido opuesto. Cada uno de los fluidos entra al intercambiador por
diferentes extremos. Ya que el fluido con menor temperatura sale en contraflujo del
intercambiador de calor en el extremo donde entra el fluido con mayor temperatura,
la temperatura del fluido más frío se aproximará a al temperatura del fluido de
entrada. Este tipo de intercambiador resulta ser más eficiente que los otros tipos
mencionados anteriormente.

FLUJO CRUZADO
En la figura se muestra como en el intercambiador de calor de flujo cruzado
uno de los fluidos pasa a través de tubos mientras que el otro pasa alrededor
de dichos tubos formando un ángulo de 90.
Un ejemplo son los sistemas de condensación de vapor, donde el vapor
exhausto que sale de una turbina entra como flujo externo a la carcasa del
condensador y el agua fría que fluye por los tubos absorbe el calor del vapor
y éste se condensa y forma agua líquida. Se pueden condensar grandes
volúmenes de vapor de agua al utiliza este tipo de intercambiador de calor.

Es el tipo más sencillo de intercambiador de calor.
Está constituido por dos tubos concéntricos de
diámetros diferentes. Uno de los fluidos fluye por el
tubo de menor diámetro y el otro fluido fluye por el
espacio anular entre los dos tubos. En este tipo de
intercambiador son posibles dos configuraciones en
cuanto a la dirección del flujo de los fluidos:
contraflujo y flujo paralelo. En la configuración en
flujo paralelo los dos fluidos entran por el mismo
extremo y fluyen en el mismo sentido. En la
configuración en contraflujo los fluidos entran por los
extremos opuestos y fluyen en sentidos opuestos.
La temperatura de salida del fluido frio nunca puede
ser superior a la temperatura de entrada del fluido
caliente.

Es el tipo más común de intercambiador de calor en
las aplicaciones industriales por que demanda de
manera significativa alta temperatura y presión. Este
tipo de intercambiadores están compuestos por gran
cantidad de tubos ( a veces varios cientos )
contenidos en un casco. Los tubos se disponen con
sus ejes paralelos al eje del casco. La transferencia de
calor tiene lugar a medida que uno de los fluidos se
mueve por el interior de los tubos mientras que el
otro se mueve por fuera de éstos, por el casco.
Calentador de fuel oil
Intercambiador de calor de tubo y coraza con un paso
coraza y tubos (contraflujo cruzado)

 Proporciona flujos de
calor elevado en relación
con su peso y volumen
 Es relativamente fácil de
construir en una gran
variedad de tamaños.
 Es bastante fácil de
limpiar y
reparar(mantenimiento).
 Es versátil y puede ser
diseñado para cumplir
prácticamente en cualquier
aplicación

Son intercambiadores diseñados para lograr una gran área
superficial de transferencia de calor por unidad de volumen.
Ejemplos de intercambiadores de calor compactos son los
radiadores de automóviles y el pulmón humano.
-- En los intercambiadores compactos los dos fluidos suelen
moverse en direcciones ortogonales entre sí. Esta
configuración de flujo recibe el nombre de flujo cruzado. Este
a su vez se clasifica en mezclado ( uno de los fluidos fluye
libremente en dirección ortogonal al otro sin restricciones ) y
no mezclado ( se disponen una placas para guiar el flujo de
uno de los fluidos ).

Consiste en un conjunto de placas
preformadas con unos canales en
disposición paralela por donde circulan los
fluidos. Estas placas están montadas sobre
un bastidor de acero y dos placas de acero
sujetadas por espárragos de apriete que
compactan las placas. Cada placa dispone
de 4 bocas por donde circulan los fluidos
en paralelo mientras que un fluido es
conducido por las placas pares y el otro
por las impares consiguiendo así el
necesario intercambio de calor entre
ambos.

La selección de un intercambiador de calor depende de factores como el
económico, de aplicación, de operación y por supuesto del criterio del ingeniero
de proyectos. A continuación se presenta una tabla de las características de cada
uno de los intercambiadores.
SELECCIÓN DE INTERCAMBIADORES

¿Cómo diseñar un intercambiador de calor ?
Paso 1: Analizar la aplicación.
El primer paso cosiste en analizar la aplicación. ¿Es una aplicación alimentaria?
¿Es una aplicación industrial? El ingeniero de diseño debe definir correctamente el
tipo de intercambiador que se necesita y cumple con los requerimientos de la
aplicación.
Paso 2: Identificar las propiedades de los fluidos.
Analizar los fluidos involucrados: el fluido en el lado de
producto y en el lado de servicio. Para poder realizar un correcto diseño de un
intercambiador de calor, se necesitan conocer cuatro importantes propiedades
físicas de
los fluidos implicados:
· Densidad
· Calor específico
· Conductividad térmica
· Viscosidad

Paso 3: Balance de energía.
Una vez definidas correctamente las propiedades físicas, es momento de comprobar el
balance energético. Normalmente el cliente define los caudales de producto y las
temperaturas deseadas de entrada y salida de este producto. Necesitará también indicar el
tipo de fluido de servicio a usar y definir dos de los siguientes tres parámetros: caudal de
servicio, temperatura de entrada del servicio o temperatura de salida del servicio.
Paso 4: Definir la geometría del intercambiador de calor.
Decidirá el diámetro de la camisa y definirá el haz tubular que se colocará en el interior del
intercambiador de calor: número de tubos interiores, diámetro interior y grosor de pared de los
tubos interiores y longitud de los mismos. En segundo lugar, se definen las dimensiones de las
conexiones de la camisa y tubos. En este punto debe decidirse también sobre los materiales
con los que debe construirse el intercambiador de calor. De modo estándar.
Paso 5: Cálculos térmicos.
El objetivo de este cálculo es obtener los coeficientes de intercambio en el lado de producto y
de servicio ingresando los datos en un software que mostramos en las siguientes diapositivas.
Estos coeficientes dependen básicamente de los cuatro parámetros clave de los fluidos
(definidos previamente) y de la velocidad del (los) fluido(s).
Conocidos los coeficientes de los fluidos de camisa y tubos, se puede calcular el coeficiente
de transferencia térmica global. Conocido este valor, es ya posible calcular el área total
necesaria para el intercambio térmico requerido en la aplicación.

Area = Duty / [K x LMTD]
Area: Área total de intercambio térmico requerida, m2.
Duty: Calor total transferido, Kcal/hr (obtenido del balance energético).
K: Coeficiente de intercambio térmico general, kcal/[hr.m2.ºC].
LMTD: Diferencia de temperatura media logarítmica, ºC (la media logarítmica de las diferencias de temperatura
entre los fluidos de camisa y tubos side a lo largo de la longitud del intercambiador de calor).
Otro parámetro importante definido es la pérdida de carga que se calcula para los fluidos de camisa y tubos. La
pérdida de carga es una función del número de Reynolds, el tipo de flujo (flujo turbulento o laminar) y el valor de
rugosidad de la camisa y los tubos interiores.

Paso 6: Interpretación de los cálculos térmicos.
El área calculada es comparada con el área definida en el paso 4 (geometría del
intercambiador de calor) y se realizan comprobaciones para ver si las pérdidas de carga
están dentro de los límites de diseño. La interpretación de los resultados
obtenidos y la adaptación del diseño puede causar que deban repetirse los pasos 4 a 6,
hasta que se obtienen unos resultados satisfactorios.
Paso 7: Cálculos de diseño mecánico.
Definida la geometría del intercambiador de calor, se deben realizar los cálculos de
diseño mecánico que aseguren que el diseño del intercambiador de calor es válido para
las presión y condiciones de diseño. Los cálculos típicos son:
· Cálculos del grosor de la pared de la camisa.
· Cálculos del grosor de las conexiones de entrada y salida.
· Cálculos del grosor de pared de los tubos interiores.
· Cálculos de las dimensiones de las juntas de expansión (para compensar a la
camisa y a los tubos de las diferentes expansiones que sufren debido a las
diferentes temperaturas que soportan).
· Cálculos del grosor de los tubos del haz tubular.

Paso 8: Preparación de los planos de fabricación.
Conocidas todas las dimensiones del intercambiador de calor, que ya se
encuentra definido, se pueden preparar los planos de fabricación. Este paquete
de planos contiene detalles de los componentes del intercambiador de calor:
· Camisa.
· Tubos interiores.
· Junta de expansión.
· Conexiones.
· Peana.
· Baffles.
· etc.

• Calcular la cantidad de calor intercambiado(Q).
• 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.
• Determinar las dimensiones físicas del
intercambiador a partir del area calculada

• Calcular el coeficiente global de transferencia de calor Uo.
• 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 cálculos hasta igualar las aéreas de transferencia.

Como en un sistema térmico la cantidad de calor perdida por el fluido caliente es igual a la
absorbida por el fluido frío, el balance total del calor en un intercambiador será:
Donde:
Q = Flujo de Calor (Kcal/h)
W = Masa de Fluido caliente en circulación (Kg/h)
w = Masa de fluido frío en circulación ( Kg/h)
C = Calor especifico del fluido caliente (Kcal/Kg. ºC)
c= Calor especifico del fluido frío (Kcal/Kg. ºC)
T1= Temperatura de entrada del fluido caliente (ºC)
T2= Temperatura de entrada del fluido frio (ºC)
 t1 = Temperatura de entrada del fluido frio (ºC)
 t1 = Temperatura de entrada del fluido caliente (ºC)
Las relaciones de temperatura de en un intercambiador
de tubo coraza están representadas en la siguiente figura.
La eficiencia de un intercambiador esta determinada por su rendimiento, y
se define como la razón de la cantidad de calor intercam-
biado entre dos fluidos respecto a la máxima que puede ser intercambiada.
Q = W. C.(T1 – T2) w.c(t2 – t1)

Cuando se producen incrustaciones en los
intercambiadores se hace muy notable la caída
de presión y la reducción de transferencia de
calor. Por este motivo todo intercambiador debe
ser limpiado periódicamente.
Para la limpieza exterior de los tubos se usan
varios métodos:
1. Se pueden taladrar mecánicamente los
interiores de los tubos y limpiar el exterior con
aire de presión y por lavado.
2. Se puede calentar el haz de tubos en un baño
de gasolina caliente de sosa caústica.
3. Haciendo circular por él ácido inhibido.
4. Se puede limpiar el haz de tubos por
chorreado de arena seca.
Para la limpieza interior:
5. Quitar las tapas sin la extracción el haz
tubular y la suciedad se elimina con la ayuda
de un latiguillo que expulsa el agua a una
presión 80- 100 kg/cm2.
LIMPIEZA Y MANTENIMIENTO DE LOS
INTERCAMBIADORES

A través de nuestros revestimientos podemos detener y/o eliminar los procesos
de ataque químico, corrosión galvánica (entre tubos y equipos) y corrosión tanto
interna como externa, así como eliminar la necesidad de consumir ánodos de
zinc.
CORROSIÓN Y ATAQUE QUÍMICO

• CONDENSADORES: La limpieza interna deberá ser periódicamente (de 90 a 120 días) o anterior si lo
requiere el sistema, el tiempo esta basado en la experiencia
• TUBOS: Utilizar solo cepillos especiales adecuados, estos deben ser de dureza y diámetro apropiado y
son fabricados con cerda de acero inoxidable, no utilizar varillas de metal sin protección ya que
pueden dañar las paredes de titanio, si es posible cúbralas y sin filos, no utilizar ácidos no
conocidos, de preferencia solo agua. el titanio reacciona en ambientes hidrogenados. en caso de
usarlo mantener la observancia de la reacción y no exceder las recomendaciones sin supervisión
• TOMAS DE AGUA: No instale ánodos de zinc en las tomas de agua ni las perfore, una toma alterada
afecta la durabilidad y garantía de las mismas. Actualmente estas son de acero inoxidable y son
para alta duración
• EMPAQUES: Revise que las empaquetaduras estén en buen estado antes de su instalación y aplique
un poco de aceite a las mismas por ambos lados, son de hule neopreno común sólido de 1/8” de
espesor dureza media valor aproximad #90-100 sin refuerzo interno se recomienda hacer empaques
nuevos en caso de que se aprecie deformado, dañado o roto. El empaque de la tapa ciega de
servicio es de cara completa y asegúrese que este bien sellada ya que esta tapa es de acero al carbón,
no utiliza protección interna anticorrosiva y no deberá tener contacto con agua de mar.
• CUERPO: Es necesario revisarlos cada 4 a 6 meses por presencia de puntos de oxidación, si esto ocurre
deberán limpiarse profundamente, aplicar algún removedor de oxido aquí es lo mas recomendable,
algunos equipos desarrollan oxidación por la parte de las caras de los espejos.

• CHILLERS INUNDADOS: Revisión interna de los tubos es recomendada cada 90-120
días
• CHILLER DE EXPANSION DIRECTA “DX”: Estos equipos son de bajo
mantenimiento
• TUBOS DE REFRIGERACION: El mantenimiento y cuidado de los tubos en este
diseño es por la parte exterior que es por el lado del cuerpo y no requieren
mantenimiento interno ya que aquí solo fluye refrigerante y no hay reacción
• EXTREMOS: el mantenimiento aquí es externo por algún posible problema de
corrosión ya que son de acero al carbón, en caso de detectar oxidación aplicar
tratamiento de limpieza con cepillo de alambre, no olvide que es tapa de refrigerante
y tenga cuidado por la presión
• EMPAQUES: revisar estas por rastros de fuga de refrigerante que es marca de aceite y
prosiga con un ajuste de presión de tornillos según se sugiere en anexo 5 sin exceder
de la presión recomendada, si la fuga no cede el empaque deberá ser reemplazado
siguiendo plan de atención de contingencias, algunas veces doble empaque o
empaque mas grueso de 1/8” podría ser necesario en estos sellos

• TORNILLERIA: Por lo general LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR están
ensamblados con tornillos sa-320, serie 8 en acero inoxidable t304 y es necesario
seguir las recomendaciones para una secuencia que se muestra en la parte inferior
para el ajuste y torque cuando este sea requerido en los tornillos como es el caso de
las tapas de refrigerante, cuando no utilice torquimetro mantener cuidado de no
sobre comprimir el empaque aplicando demasiada presión, este tornillo no
requiere aditamento extra como el antibloqueo solo se recomienda que este limpio
y revisar las roscas por daños
PATRON DE AJUSTE RECOMENDADO PARA LOS TORNILLOS DE LAS BRIDAS Y LOS EMPAQUES
EN LAS TAPAS DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR SIRSA-TITANIO®

CONCLUSIONES:
En un intercambiador de calor se debe realizar paulatinamente un
mantenimiento ya que esto puede ocasionar problemas para su
funcionamiento.
 Al conocer los tipos de intercambiadores de calor podemos seleccionar el
intercambiador apropiado, este depende de su aplicación en la industria y
por su economía para su elaboración.
La utilización de los intercambiadores de calor en la industria se puede
ahorrar energía lo cual implica costos y mantener las propiedades de
tratamiento de los fluidos los mismos que coadyuvan el optimo desempeño
de las maquinas y equipos.
Existen diferentes tipos de intercambiadores (flujo y por construcción),
aplicados en instalaciones industriales, instalaciones navales, instalaciones
de climatización civil que nos han a ayudado para los ahorros de costos
energéticos.

•http://www.intercambiadoresdecalor.com
•http://www.termotratamiento.com
•http://www.termodinamica.com

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