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INTERCAMBIADORES DE CALOR
OBJETIVO DEL PRESENTE CURSO


Al término del curso los participantes se encontrarán en
condiciones de:

Reconocer los mecanismos de transferencia de calor
involucrados en los distintos equipos presentes en un
proceso.

Conocer la operación de un Intercambiador de Calor.

Identificar la importancia del fenómeno de transferencia de
calor para la operación de Electro-obtención.

Identificar los problemas mas comunes en un Intercambiador
de calor de placa.
INTRODUCCIÓN




La termodinámica estudia y trata la transiciones cuantitativas y
reacomodos de energía como el calor en los cuerpos de materia,
también estudia como se realiza el intercambio de energía (calor)
entre un cuerpo caliente y uno frió, o como la energía esta relaciona
en los cambios de fase (sublimación, fusión, evaporización,
condensación y solidificación).
INTRODUCCIÓN


Los diferentes estados (o fases) de la materia inciden directamente en
la energía de cada uno de ellos.
Los diferentes estados de la materia, incide en las propiedades
térmicas de la materia.
Las fases de una sustancia en cada estado esta asociado a su
contenido de energía.
INTRODUCCIÓN


Existen leyes que rigen los fenómenos de transferencia de calor, y los
mecanismos involucrados.


La forma en que tiene lugar la transferencia de calor, determina los tres
mecanismos de transferencia de calor esto es, conducción, convección y
radiación.


Luego, existen equipos que ocupan estos mecanismos, para
intercambiar calor, y además, en los procesos podemos identificar
procesos de transferencia de calor.
Tarea de Aprendizaje N°1

Describir los Mecanismos de Transferencia de Calor
MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR


Se ha descrito a la transferencia de calor como el estudio de las
velocidades a las cuales el calor se intercambia entre fuentes de calor y
recibidores.



Los procesos de transferencia de calor se relacionan con las razones de
intercambio térmico, tales como los que ocurren en equipo de
transferencia de calor, tanto en ingeniería mecánica como en los
procesos químicos.
MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR


El proceso por el que se intercambia energía en forma de calor entre
distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que
están a distinta temperatura, involucra tres distinto mecanismos de
transferencia de calor :


           Conducción
           Convección
           Radiación
MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR




Conducción, en donde el calor pasa a través de la
sustancia del cuerpo.
Convección, en el cual el calor es transferido por el
movimiento relativo de partes del cuerpo calentado.

Radiación, mecanismo por el calor se transfiere
directamente entre partes distantes del cuerpo por
radiación electromagnética.
MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR


Aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente, puede
ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos.
Por ejemplo, el calor se transmite a través de la pared de una casa
fundamentalmente por conducción, el agua de una cacerola situada
sobre un quemador de gas se calienta en gran medida por convección, y
la Tierra recibe calor del sol casi exclusivamente por radiación.
MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR


                     Mecanismos térmicos
Ambiente es el espacio tanto interior como exterior a la envolvente del
cerramiento, en el cual se incluye todos aquellos parámetros físicos que
intervienen en los procesos de transferencia de calor.



Se define como cerramientos a los elementos de separación entre el
ambiente interior y el ambiente exterior de un edificio u equipo y que
constituyen su envolvente ciega.
MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR


Regiones definidas en los cerramientos:




                                 Superficies ( radiación y
                                 convección)
                                 Interior del cerramiento
                                 (conducción)
                                 Aislamiento (resistencia
                                 térmica)
En la transmisión del calor a través de los cerramientos, entre el ambiente
exterior y el ambiente interior de los edificios u equipos, se distinguen
varios mecanismos de transferencia y regiones donde se realizan:

Superficies espacio que esta en contacto con el ambiente exterior e
interior, donde se intercambia calor por radiación y convección entre el
ambiente y el interior del cerramiento

Interior del cerramiento donde se transmite calor por conducción entre
ambas superficies a través de varias capas, y se almacena calor por
acumulación en su masa térmica.


 Aislamientos son regiones del interior del cerramiento con elevada
 resistencia térmica y sin acumulación de calor. Los casos
 convencionales son las capas aislantes, de masa despreciable, y las
 cámaras de aire, que si bien actúan por mecanismos de convección y
 radiación, se asimilan a una resistencia térmica y por supuesto carecen
 de capacidad de acumulación
MECANISMOS DE CONDUCCIÓN

                                                  situación a T 0


        La conducción es el modo de
transferencia térmica en el que el calor se
mueve o viaja desde una capa de temperatura
elevada del cerramiento a otra capa de inferior   situación a T 1


temperatura, debido al contacto directo de las
moléculas del material.

                                                  situación a T 2




                      Q
         T2                        T1
                                                  situación a T 3




                      T2 > T 1
MECANISMOS DE CONDUCCIÓN

La relación existente entre la velocidad de transferencia térmica por
conducción y la distribución de temperaturas en el cerramiento depende
de las características geométricas y las propiedades de los materiales
que lo constituyen, obedeciendo la denominada la Ley de Fourier:




      (W /m2)                                          (W = J / s)
MECANISMOS DE CONDUCCIÓN


Analizando la ley de Fourier, esta afirma que la velocidad de conducción
de calor a través de un cuerpo por unidad de sección transversal es
proporcional al gradiente de temperatura que existe en el cuerpo (con el
signo cambiado), donde el factor de proporcionalidad se denomina
conductividad (λ ).
MECANISMOS DE CONDUCCIÓN


Los materiales como el oro, la plata o el cobre tienen conductividades
térmicas elevadas y conducen bien el calor, mientras que materiales como
el vidrio o el amianto tienen conductividades cientos e incluso miles de
veces menores; conducen muy mal el calor, y se conocen como aislantes.
MECANISMOS DE CONVECCIÓN


Cuando el aire de un ambiente se pone en contacto con la superficie de
un cerramiento a una temperatura distinta, el proceso resultante de
intercambio de calor se denomina transmisión de calor por convección.
MECANISMOS DE CONVECCIÓN


• Es la transferencia de calor con transporte de masa.
• Típicamente ocurre en fluidos, líquidos o gases.
• Naturalmente ocurre debido a la diferencia de densidades que
  produce la expansión térmica en el fluido.
• El flujo de materia y calor puede forzarse con una bomba o
  ventilador.
MECANISMOS DE RADIACIÓN


Se denomina transmisión de calor por radiación cuando la superficie del
cerramiento intercambia calor con el entorno mediante la absorción y
emisión de energía por ondas electromagnéticas.

Mientras que en la conducción y la convección era precisa la existencia
de un medio material para transportar la energía, en la radiación el calor
se transmite a través del vacío, o atravesando un medio transparente
como el aire.
MECANISMOS DE RADIACIÓN


Las superficies opacas pueden absorber o reflejar la radiación incidente.
Generalmente, las superficies mates y rugosas absorben más calor que las
superficies brillantes y pulidas, y las superficies brillantes reflejan más energía
radiante que las superficies mates
Tarea de Aprendizaje N°2
Teoria Fundamental de la transferencia de calor
Teoría Fundamental de la transferencia de calor


    Principio de operación del Intercambiador de placas
En un intercambiador de calor de placas,
el calor es transferido desde una
solución caliente o una solución fría, a
través de finas placas metálicas,
llamadas placas de canal, que han sido
prensadas dentro de un patrón especial.
Las placas de canal adyacentes tienen
diferentes patrones de prensado.

La transferencia de calor será grande
cuando las diferencias de temperaturas
entre el fluido frío y caliente sea mayor;
de allí que se utilice vapor o agua a alta
temperatura.
Teoría Fundamental de la transferencia de calor

La transferencia de calor no depende sólo de las diferencias de
temperaturas de los fluidos caliente y frío, sino también del tipo de material
con que está diseñado el intercambiador de calor.
Hay algunos metales que conducen el calor mejor que otros, el parámetro
que manifiesta esta propiedad es el coeficiente de conductividad del
material; a mayor coeficiente de conductividad mayor será la transferencia
de calor.
Teoría Fundamental de la transferencia de calor

Teoría fundamental
Algunas ecuaciones que nos describen el fenómeno de transferencia de calor y
que rigen para el intercambiador de placas son las siguientes:

Flujo de calor transferido:




         Donde:
         Flujo de calor transferido:
         Q = Flujo de calor, Btu/hr.
         m = Flujo másico, lbm/hr.
         CP = Capacidad calorífica del fluido, Btu/lbm°F.
         ∆T = Diferencia de temperaturas, °F.
Teoría Fundamental de la transferencia de calor

Coeficiente Global de transferencia de Calor:

N = número de placas
U O = Coef. Global de transferencia de calor
A O = Superficie de transferencia de calor de una placa, tal que 2 Ao es el área
existente en un canal formado con 2 placas.
∆T ML = Diferencia de temperaturas media logarítmica.

Donde:
Teoría Fundamental de la transferencia de calor




x = espesor de la placa.
k = conductividad térmica de las placas.
fi = fo = factores de obstrucción por incrustaciones.
hi = ho = coeficientes de película de transferencia de calor.
Teoría Fundamental de la transferencia de calor

Cuando hay una transferencia de calor de un medio caliente a otro frío, en
el trayecto, el calor encuentra varias resistencias térmicas, que como su
nombre indica, se oponen al paso del calor, dichas resistencias cuando el
intercambiador de calor está limpio son:

   • Resistencia debido a al flujo a calentar
   • Resistencia debido al material de que están hechas las placas (SS
     316, Ti , etc.)
   • Resistencia debido a incrustación en las placas (fouling)

Estas resistencias térmicas hacen que la temperatura vaya disminuyendo
en el trayecto del fluido caliente al frío.
Teoría Fundamental de la transferencia de calor


Principios Básicos de Hidráulica

Golpe de ariete : Producido por una golpe brusco de fluido, el cual afecta las placas
de un PHE




     Impacto sobre una estructura de un
     fluido por golpe de ariete
VARIABLES OPERACIONALES


Para todas las operaciones de transferencia de calor existen diferentes
variables que influirán de una mayor o menor manera en la eficiencia de
los sistemas o equipos, entre ellas tenemos:

• Diferencia de temperatura
• Razón de flujo de cada uno de los fluidos y la relación entre ellos.
• Área de calentamiento
• Caídas de presión para las corrientes
VARIABLES OPERACIONALES

Diferencia de temperatura

Se ha visto que siempre los diferenciales de temperatura ” ∆t ” son
directamente proporcionales a la transferencia de calor, de aquí
inmediatamente se tiene claro que a mayor diferencia de temperatura se
produce una mejor transferencia de calor.

Esto lógicamente por que hay mayor calor disponible en uno de los fluidos
para entregar calor al otro de menor temperatura.

Sin embargo esto no quiere decir que el sistema es más eficiente, la
eficiencia esta en proporción según la tendencia a salir ambos fluidos con
temperaturas lo más cercanas entre si.
VARIABLES OPERACIONALES


                           Razón de fluidos

La razón flujo es la relación que existe entre la entrada de fluido frío y
la entrada de fluido frío. Se intuye que si existe un desequilibrio, esto
se explica desde el punto de vista de la disposición de masa que
existe para que ocurra el traspaso de calor.

Si hay más fluido calienta que frío, se entiende que existe más calor
disponible que el que se puede absorber, en el caso inverso entonces
entenderíamos que existe más disponibilidad para absorber calor que
el calor disponible para la transferencia.
Por este motivo en estado ideal se tiende a trabajar con fluidos
equivalentes o iguales
VARIABLES OPERACIONALES


                   Áreas de calentamiento

En todas las ecuaciones de transferencia de calor siempre se puede
observar que existe una relación directamente proporcional entre el
área y la transferencia del calor producida, de aquí entonces
podemos concluir que a una mayor área de calentamiento, mayor
será la transferencia de calor.

Por esta razón es que es mucho mejor la transferencia de calor en
términos de rendimiento en un intercambiador de placa que uno de
tubos, sin embargo hay una variable que es la caída de presión que
es mejor en el intercambiador de tubo y coraza
VARIABLES OPERACIONALES


           Caídas de presión para las corrientes

La importancia fundamental de las caídas de presión radica que
generalmente esta variable va asociada con el volumen o caudal y
los tiempos de estadías del fluido frío dentro del equipo.
Tarea de Aprendizaje N°3

Describir la operación de un intercambiador de calor
OPERACIÓN DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR


El propósito de este aparato es transferir calor de un medio a otro, y que el calor
pase fácilmente a través de las paredes que separan un medio de otro.
El alto calor que fluye a través de las paredes puede ser seriamente reducido por
la formación de depósitos de variadas formas sobre la superficie de las placas.
El intercambiador induce un flujo altamente turbulento, la cual entrega una fuerte
resistencia a la formación de depósitos sobre la superficie de las placas. Se
debe tener en cuenta, que algunas veces no es factible eliminar los depósitos
(Obstrucciones).
OPERACIÓN DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR


El objetivo del intercambiado de placas es enfriar el agua, (solución electrolito),
usada como refrigerante en el proceso, mediante la transferencia de calor de un
medio a otro. El calor debe pasar fácilmente a través de las paredes que separan
un medio del otro.
En la mayoría de las plantas de procesos se presenta la necesidad de transferir
energía térmica entre fluidos o de fluidos a sólidos, tanto para calentar, enfriar,
evaporar como para efectuar tratamientos térmicos, etc. Esta operación cumple
muchas veces un papel fundamental en el procedimiento de elaboración ya que
de ella puede depender la calidad de un producto o la eficiencia del proceso
mismo en cuestión, en donde las temperaturas son parámetros críticos.
Diseño constructivo de un Intercambiador de placa.

Existen varios diseños de intercambiadores de placas, pero son dos las
construcciones básicas más difundidas, a saber:

 Intercambiador de placas con juntas, designado PHE (Plate heat exchangers)
 Intercambiador de placas soldadas, designado BHE (Brazed heat exchangers)
Diseño constructivo de un Intercambiador de placa PHE.

Los intercambiadores de calor consisten en un conjunto de placas metálicas
corrugadas montadas entre dos placas, una fija (bastidor) y otra móvil (de
presión). Este paquete de placas a su vez, es soportado por dos barras guía, una
superior y otra inferior que apoyan sobre una columna o pedestal. El sellado
entre placas se efectúa mediante juntas elastoméricas quienes a su vez dirigen
los fluidos por canales alternos.
Junta que no permite pasar
la solución por esa placa
Diseño constructivo de un Intercambiador de placa PHE.

Las placas contienen orificios que permiten y dirigen el flujo de los fluidos. El
conjunto de placas es comprimido mediante espárragos que aseguran el apriete
y estanqueidad entre las mismas. Las conexiones de entrada y salida se
localizan en la placa fija del bastidor salvo en el caso de que haya más de un
paso, donde se utilizan ambas placas del bastidor.
Materiales y dimensiones de las placas

Las placas constituyen el alma del equipo y tanto la selección de materiales
como el diseño, tamaño y cantidad de las mismas dependerá de las condiciones
del servicio requerido. Las placas en general presentan un diseño en forma de
“tabla de lavar “que reconoce cinco segmentos funcionales, a saber
• Segmento de ingreso del fluido en la parte superior (Inlet port)
• Segmento de distribución del fluido
• Segmento o área principal de transferencia de calor
• Segmento colector de fluido
• Segmento de egreso del fluido (outlet port)
Las placas pueden construirse en diferentes medidas y espesores, variando
entre las siguientes dimensiones:

• Espesores de placas: 0.4 a 1.15 mm
• Área de intercambio por placa: 0.032 a 3.4 m2
• Área de intercambio por unidad: 0.1 a 2200 m2 .
• Espaciado entre canales: 1.6 a 5.5 mm
• Dimensiones placas: ancho (0.2 a 1.5 m) y alto (0.5 a 3 m)
• Dimensiones por unidad: 0.5 a 6 m
• Dimensiones de las conexiones: 1” a 18”. En los BHE máx (4”)
• Tipo de conexiones: roscadas, socket, bridadas o Victaulic
La característica más importante de los intercambiadores de placas es que los
coeficientes globales de transferencia de calor que se obtienen en servicios de
líquido a líquido, son de dos a tres veces mayores que los que se pueden
obtener con las mayores unidades de tubo y coraza.

Los coeficientes típicos de diseño para un intercambiador de placas de agua a
agua son de 3,500 a 5,000 Kcal/m2hr°C.
Tarea de Aprendizaje N°4

Identificar los componentes de un
     intercambiador de calor
COMPONENTES DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR.
       Componentes de un Intercambiador de Placa
Un intercambiador de placas típico se compone de cuatro secciones :

a)    El bastidor, cuyos componentes son de acero al carbón, con excepción de
      aquellos que, como las conexiones de entrada y salida, tienen contacto con
      los fluidos.

b)     Las placas de transferencia de calor, que se fabrican prensando láminas
      delgadas de gran variedad de aleaciones y metales resistentes a la corrosión.
      El más usado es el acero inoxidable. El espesor de las placas es
      generalmente de 0.4 a 1.14 mm.

c)     Las juntas, son gomas o cauchas de NBR (goma de nitrilo de calidad
      superior) o EPDM (polímetro de etileno – propileno), son las que separan las
      placas por estanqueidad de caucho, facilitando en este caso el mantenimiento
      de las mismas.

d)    Las guías de las placas, esta fabricada de acero inoxidable, y estas guías son
      las que general el alineamiento de las placas
COMPONENTES DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR.

           Un intercambiador de placas típico
COMPONENTES DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR.




1 Placa fija con conexiones         5 Paquete de placas               9 Eje superior
2 Placa inicial (con junta final)   6 Placa cambio flujo izquierdo   10 Soporte
3 Placa de flujo izquierdo          7 Placa cambio flujo derecho     11 Eje inferior
4 Placa de flujo derecho            8 Placa móvil                    12 Tornillo de apriete
El bastidor.- incluye un cabezal fijo y un apoyo de extremo, conectados por una
barra portante superior y por la barra inferior de guía. La barra superior sostiene el
cabezal seguidor, que puede moverse según se requiera. El conjunto de placas
de transferencia de calor queda prensado entre el cabezal fijo y el seguidor por
barras de unión.
Brida recubierta   Brida
.Conexiones.- La elección de los materiales para la fabricación de las
conexiones o de sus revestimientos se hace en base a su resistencia a la
corrosión frente a los fluidos del proceso. La solución económica más ventajosa
consiste en el revestimiento de las conexiones (toberas) con el mismo material
empleado para las juntas de las placas.
Las Placas.- El paquete de placa consiste de placas corrugadas con un canal
perimetral para la colocación de los empaques. La cantidad de placas necesarias
como el tamaño y dimensiones, así como el corrugado de las mismas, varía en
cada caso en función de su aplicación.
Placas de flujo
Placas Semi ciegas , dos puertos cerrados




Puerto Cerrado = Placa sacrificio ante golpe de ariete
Tipo de encajado de las placas




Tipos de Placas en un equipo
El diseño corrugado de las placas crea conductos a través de los cuales circulan
los fluidos en capas de muy bajo espesor y con gran turbulencia, lo que origina
una alta transferencia de calor.




                Diseño de corrugados
Este escurrimiento turbulento a través de las placas hace también que los
depósitos causados por fluidos sucios sean continuamente removidos de la
superficie de transferencia durante la operación, lo que se traduce en un mayor
coeficiente total de transferencia y en un mayor tiempo de trabajo del equipo sin
necesidad de pararlo para limpieza.




       Flujo turbulento por el corrugado       Sedimento en la superficie
       elimina el sedimento en la superficie    merma la transferencia
Ángulos de Placas
Placa de Acero en 30º   Placa de Acero en 60º
El flujo turbulento producido por las
corrugaciones rompe la película límite
adherida a la superficie de transferencia
dando altos coeficientes de convección y
un bajo nivel de ensuciamiento. La elevada
transferencia térmica en estos equipos no
está dada solamente por el escurrimiento
turbulento sino también por los bajos
espesores de película a través de las
cuales se transmite el calor.



                                             Flujo turbulento
Dependiendo de la transferencia de calor requerida y de las pérdidas de presión
necesarias para lograrla, la geometría de las placas puede variar ampliamente.
De esta forma encontraremos:

Placas llamadas soft que se caracterizan por tener bajos coeficientes de
transferencia y pequeñas pérdidas de carga. Son más cortas y anchas Las
placas soft en general tienen un diseño en ángulo agudo (chevrons) que ofrece
menor resistencia al flujo de fluidos

Placas llamadas hard que inversamente darán los coeficientes de transmisión
más altos con mayores pérdidas por fricción. Son de una geometría más
complejas pues son más largas y estrechas y tienen corrugaciones más
profundas. También tienen una menor separación entre placas. Presentan
corrugaciones en ángulo obtuso que conducen a mayores pérdidas de carga
Las placas del tipo hard tienen corrugaciones transversales o diagonales a la
dirección del flujo, lo que origina mayor turbulencia y transferencia térmica. Las
placas soft inversamente tienen ondulaciones en la dirección del flujo, lo que
provocará menos turbulencia y transferencia de calor
Todas las placas de intercambiador de
calor se componen de distintas zonas
bien diferenciadas.El recorrido de los
medios a través del paquete de placas
depende     de     los    requerimientos
termodinámicos         exigidos       al
intercambiador.
Cada uno de los intercambiadores de calor de placas está diseñado
específicamente para las condiciones de servicio requerido. Ello conlleva que la
disposición de las placas y los respectivos recorridos de los fluidos a través del
intercambiador varíe en cada uno de los aparatos. Mediante la combinación de
placas con toberas ciegas o abiertas se consigue modificar la disposición de las
placas; la disposición puede ser en paralelo, en serie o una combinación de ambas.
Las placas que no tengan todas sus cuatro toberas abiertas se denominan “placas
de cambio de flujo”. Para la identificación exacta de las placas de cambio de flujo,
se utiliza una nomenclatura específica, basada en la cantidad y situación exacta
de las toberas abiertas. Mirando las placas por el lado en el que se encuentre
ubicadas las juntas, se denomina “placa izquierda” a la que tenga situadas las
toberas de entrada y salida en el lado izquierdo (triangulo de distribución abierto
en dicho lado). En caso contrario y siempre mirando las placas por el lado de las
juntas, se habla de una “placa derecha”.
Placas de cambio de flujo (excepto CR/CL)




             Placas iniciales
Placas Madres.

   Placa Cabezal de Presión.
El objetivo de la placa cabezal , (llamada también placa madre), de presión es
resistir las deformaciones producto de la acción del calor al que esta sometido el
conjunto, además suministra una excelente superficie de apoyo indeformable a la
empaquetadura que la une con el conjunto de placas intercambiadoras de calor,
llamada placa terminal.
Esta instalada en el extremos terminal del intercambiado, en éste caso esta placa
de presión es de un espesor más grueso que la placas de transferencia de calor.
constituye una superficie de apoyo, terminal para soportar el intercambiador.
Placa de Cabeza (Seguidor).

Además de cumplir las funciones descrita para la Placa Madre de Presión también
cumple la función de permitir la entrada y salida del líquido caliente y del líquido
utilizado como refrigerante.
Es la más gruesa instalada en el extremos por donde ingresa el líquido al
intercambiado, en éste caso está placa o seguidor conforma el otro extremo del
bastidor está perforada además por cuatro orificio una entrada y salida del líquido
a enfriar, una entrada y salida del líquido utilizado como refrigerante además sirve
para obturar ofreciendo una superficie indeformable para la empaquetadura y el
paquete de placas del cual está hecho el intercambiador.
 Placa de intercambio de Calor.


 Es una placa que recibe el líquido refrigerante por un lado y por el otro el líquido a
 refrigerar, su posición y orden durante el armado es importante para lograr este
 objetivo, razón por la cual al desarmar el paquete de placas se debe tener
 cuidado en mantener su orden al armarlo nuevamente. Su construcción es de un
 espesor delgado con un preformado que entrega la turbulencia requerida para
 evitar la formación de depósitos, una buena transferencia del calor.
Juntas o Empaque.- El canal perimetral presente en las placas sostiene las
juntas. El propósito de las juntas es evitar que se mezclen los fluidos, fuguen
hacia el exterior, direccionando los fluidos en sus canales alternos frió y caliente.
Cada placa de intercambio viene provista de dos juntas y de una junta de
campo. Como única excepción cabe señalar la placa cuya junta está en contacto
directo con las placas del bastidor.

El material de las juntas está directamente ligado a las exigencias del servicio,
esto es:
Presiones
Temperaturas de operación
Características fisicoquímicas de los fluidos manejados (composición química).
En las zonas de detección de fugas de las placas, las juntas presentan
muescas. La misión de dichas muescas o rebajas es la de facilitar la fuga hacia
el exterior de los fluidos, en caso de fallas la junta diagonal o una de las juntas
anulares en la parte interna de la placa.
La funcionalidad de dichas muescas de detección de fugas está garantizada
siempre y cuando las juntas no hayan sufrido una deformación por un exceso
de temperatura o se haya producido el taponamiento de las mismas por
elevada suciedad de los fluidos o se haya sobrepasado el límite máximo de
apriete del paquete de placa.
Las juntas pueden ir pegados a las placas o con algún dispositivo de grampa (clip).
Como funcionan las juntas
Existen dos métodos para fijar las juntas a las placas reintercambio:

Fijación de las juntas mediante adhesivo.
Para el caso de los empanques pegados se recomienda para equipos que
soportan altas presiones en su interior y/o fluidos altamente corrosivos.
En las cunas (alojamiento de las juntas) de las placas de intercambio de calor se
aplica una película uniforme de un adhesivo especial.
Este método es especialmente ventajoso para los aparatos que deben ser
abiertos muy frecuentemente por motivos de limpieza.
Fijación mecánica de las juntas (sin adhesivos).

La fijación mecánica la sujeción de las juntas se realiza en distintos puntos de
las placas de intercambio. El número de puntos de sujeción depende del
tamaño de las placas.
Mediante la introducción de las lengüetas de las juntas en los agujeros o
ranuras previstos para este fin en el borde de las placas, se consigue la
correcta sujeción de las juntas a las placas. Este sistema en el cual las juntas
van pegadas a las placas con un dispositivo de grampa (clip in).
Empaque (GASKET)

Los empaques gasket se fabrican de elastómeros, que se seleccionan de
acuerdo con el tipo de servicio y se colocan en el borde de las placas
rodeando completamente las bocas de alguno de los extremos de manera que
el flujo se pueda distribuir de lado a lado de la placa.
.- Revestimiento de Acero Inoxidable

Este revestimiento de acero inoxidable cumple la función de impedir que las placas
se oxiden y pierdan material con lo cual sería seriamente afectada su duración y
resistencia.
Es una película confeccionada en base a un metal resistente a la oxidación, que
baña toda la superficie externa de la placa, por eso no se aconseja limpiar las
placas con elementos abrasivos que puedan dañar el acabado del intercambiador.
- Pernos de Amarre del Intercambiador de Calor.

Cumplen la misión de sujetar fuertemente
unidas el conjunto de placas de tal
manera de que haya un cierre hermético.
Están construidos de acero al carbono en
las dimensiones adecuadas, tiene una
gran longitud de hilo para ajustar las
tuercas de sujeción, su ajuste se logra
midiendo la longitud que existe entre las
dos placas madre con una apriete en la
secuencia especificada por el fabricante,
es importante no intercambiar las tuercas
de sujeción para evitar daños en los hilos
por donde corren las tuercas, también es
importante medir el largo total de los
pernos sin carga para poder calcular su
fatiga cuando se ha elongado en más de
lo especificado por el fabricante. Cuando
esto ocurre deducimos que los pernos
están fatigados y nunca lograremos un
ajuste de precisión.
Apertura y cierre delosPernos de Amarre del Intercambiador de Calor.
Tarea de Aprendizaje N°5

Explicar el funcionamiento del
   intercambiador de calor
En un intercambiador de calor de placas, el calor se transfiere del electrolito pobre
 y el agua caliente al electrolito rico a través de delgadas placas de metal llamadas
 placas de transferencia, que han sido prensadas dentro de un patrón especial.




Cuando se estampa un conjunto de placas, los orificios de las esquinas forman
múltiples conjuntos, que conducen al electrolito pobre y al electrolito rico a los pasos
correctos entre las placas.
Debido a la disposición de las empaquetaduras en las placas, el electrolito pobre
ingresa a los pasos con número par y el electrolito rico ingresa a los pasos con
número impar.

Los dos electrolitos fluyen en direcciones opuestas y se recogen en múltiples en el
mismo extremo del intercambiador de calor de placas en que ingresaron.

En el intercambiador de calor de placas, el agua caliente reemplaza al electrolito
pobre en la trayectoria del caudal a través del intercambiador de calor.
La figura siguiente muestra un intercambiador de calor ensamblado y la
disposición característica de las placas de transferencia y de las placas seguidoras
que muestran la trayectoria de paso de los fluidos.
Cuando hay una transferencia de calor de un medio caliente a otro frío, en el
trayecto, el calor encuentra varias resistencias térmicas, que como su nombre
indica, se oponen al paso del calor, dichas resistencias cuando el
intercambiador de calor está limpio son:

• Resistencia debido a la película del fluido caliente que se adhiere a las
  paredes del intercambiador
• Resistencia debido al material de que está hecho el intercambiador;
• Resistencia de la película o el fluido a calentar.
• Resistencias debido a la incrustación en los equipos (( Fouling)
Estas resistencias térmicas hacen
que      la     temperatura  vaya
disminuyendo en el trayecto del
fluido caliente al frío
Tarea de Aprendizaje N°6

Describir el proceso del manejo del
 electrolito y su influencia en EW
Las soluciones utilizadas en la operación de SX y EW, pasan a través de
diversas operaciones de acondicionamiento, almacenamiento y
alimentación de reactivos.

El electrolito como solución principal del proceso tiene su circuito en un
área de contención llamado patio de tanques.
Diagrama de flujo de soluciones en SX y Tank Farm
Flujo de soluciones en manejo de Electrolitos
El circuito del manejo de electrolito está constituido por diferentes etapas,
tanto de almacenamiento, calentamiento y tratamiento de la solución.

•   Primera etapa de calentamiento.
•   Filtraje del electrolito.
•   Recirculación de electrolito.
•   Segunda etapa de calentamiento.
Primera etapa de calentamiento

La primer etapa de calentamiento se da en el intercambiador de calor
electrolito rico /electrolito pobre, al ingresar dos soluciones, una caliente y otra
fría. El electrolito rico, bombeado desde el tanque de alimentación a los filtros,
ingresa al intercambiador, con una temperatura de 18°C aproximadamente, y es
calentado a una temperatura de 43°C; la solución caliente (electrolito pobre) llega
al intercambiador con una temperatura de 48°C.
El electrolito rico de salida del intercambiador, ya calentado, se dirige hacia la
etapa de filtraje en los filtros de electrolito. La solución de electrolito pobre de
salida del intercambiador, se dirige hacia el mezclador-decantador de re-
extracción S-2 y hacia el mezclador-decantador de extracción E-1, como purga
de electrolito.
Las soluciones tanto de electrolito rico como de electrolito pobre, ingresan al
intercambiador a 325 m3/h aproximadamente. El área de las placas de
transferencia es de 190 m2 .

En la línea de ingreso de electrolito rico al intercambiador, está instalado un
medidor de flujo, con el cual se controlan dos alarmas; una de flujo alto y otra de
flujo bajo.

En la línea de salida del intercambiador, está instalado un medidor de temperatura,
este medidor permite el monitoreo de la temperatura del electrolito rico y la
activación de las alarmas de temperatura alta y baja en el sistema de control DCS.
Segunda etapa de calentamiento

La segunda etapa de calentamiento está constituida por el intercambiador de
calor electrolito a EW /agua caliente, ilustrado en la Figura. Al igual que el
intercambiador de la primera etapa, al intercambiador electrolito a EW /agua
caliente ingresan dos soluciones, una fría y una caliente. La solución fría está
constituida por una parte del flujo de electrolito a EW bombeado desde el tanque
de recirculación (lado del electrolito a EW) y la solución caliente constituida por
agua caliente proveniente de los calentadores.
El electrolito a EW, bombeado desde el tanque de recirculación (lado del
electrolito a EW), se divide en dos líneas; la principal, de avance directo hacia
las celdas de electroobtención (con un flujo de 1 350 m3/h) y la secundaria de
calentamiento (con 150 m3/h).
Un electrolito demasiado frío puede hacer que el sulfato de cobre se cristalice
en la solución, particularmente en grandes superficies metálicas como los
filtros de electrolito o en pequeñas líneas y conexiones a través de toda la
planta.
Una de las consecuencias de mal funcionamiento de los intercambiadores de calor
esta basado en depósitos quebradizos e irregulares, como se observa en la figura
Influencia de la Temperatura en el proceso de Electroobtención

La temperatura favorece el proceso de EW en los aspectos de calidad catódica,
menor voltaje de celda, cinética de transporte. Sin embargo, la temperatura de
operación está limitada al rango de 40 a 55 ºC, debido al costo de calefacción
del electrolito, pérdidas de agua por evaporación, mayor efecto de la neblina
ácida e incidencia de mayor corrosión en la planta. Por ello hay que designar los
sistemas de calefacción del electrolito para que mantengan una temperatura
constante.
Si la temperatura del electrolito cae repentinamente, se producirá un
descascaramiento de la capa de PbO2 con la consiguiente contaminación.

La temperatura alta del electrolito favorece las propiedades de difusión de iones
en el electrolito, disminuyen la viscosidad de las soluciones y aumentan la
densidad de corriente límite para el depósito de cobre.
Una temperatura menor de 30ºC, puede dar como resultado un grano más grueso
y por consiguiente, un cobre catódico de menor calidad.

Una temperatura de más de 50ºC puede degradar el orgánico en el proceso de
extracción por solventes
Efectos positivos de la temperatura

Mejora la conductividad del electrolito.
Baja la viscosidad.
Mejora la calidad del depósito.
Baja los contaminantes, especialmente el azufre.
Disminuye el potencial de la celda.
Debe ser mantenida entre los 45 - 50 oC.
La temperatura del electrolito es otro de los factores importantes para
bajar el nivel de azufre (S) en los cátodos.
Experimentalmente se comprobó que subiendo la temperatura del
electrolito unos 2 a 4°C es factible disminuir el contenido de azufre final
en los cátodos, tal como se puede apreciar en la siguiente gráfica
Tratamiento térmico de electrolito

El electrolito rico ingresa a la nave de electroobtención a una
temperatura de 20 ºC, la temperatura de operación en las celdas
electrolíticas es de 48 ºC a 55 ºC, por lo tanto es necesario subir la
temperatura de la corriente para estabilizar la temperatura de operación
Intercambiador de calor electrolito rico/electrolito pobre

Al pasar el electrolito rico a través del intercambiador de calor se transfiere calor
desde el electrolito pobre, que sale de la Nave a una mayor temperatura, al
electrolito rico que pasa en contracorriente.




Entradas al intercambiador
Fluido frío       : electrolito rico (a 20 ºC)
Fluido caliente : electrolito pobre (a 46 ºC)

Salidas del intercambiador
Fluido frío       : electrolito rico (a 33 ºC)
Fluido caliente : electrolito pobre (a 33 ºC)
Intercambiador de calor electrolito rico/Agua caliente
El electrolito rico se circula al intercambiador en contracorriente en el
intercambiador de calor de agua caliente. La solución así calentada se
envía estanque de recirculación de electrolito, el agua que sale del
intercambiador se retorna al estanque de expansión

Entradas al intercambiador
Fluido frío      : electrolito rico (a 33 ºC)
Fluido caliente : agua caliente (a 95 ºC)

Salidas del intercambiador
Fluido frío       : electrolito rico (a 42 ºC)
Fluido caliente : electrolito agotado (a
70ºC)
Control en intercambiadores de calor
El control en el intercambiador es realizado a través de la medición de la diferencial
de presión a través de los controladores.
Una corriente de electrolito (pobre) se retira del estanque y va a la primera etapa de
calentamiento en los intercambiadores de calor, posteriormente abandona la nave
hacia planta SX.
Todos los sistemas de tuberías, incluyendo los intercambiadores de calor de placas
entre ellos, ofrecen una resistencia al flujo de un líquido que este pasando a través
de ellos.
Partículas grandes y fibras pueden también ser arrastradas dentro del
intercambiador de calor y obstruirlo sino se instalan filtros o coladores para retirar
estos elementos extraños que puedan reducir la capacidad para intercambiar calor
y mantener controlada la temperatura dentro de los rangos requeridos por la
operación.




     • Algas                                      • Bacterias
     • Fibras o astillas de madera                • Nematodos
                                                  • Protozoos
El atascamiento u obstrucción podrá ser detectado en el medio como un
incremento de la pérdida de presión, medido como una presión que comienza a
aumentar a la entrada del intercambiador y a bajar en la salida de éste.
Para cualquier ajuste en el rango de flujo se requiere mantener una temperatura
correcta, toda bajada de presión debe ser hecha suavemente, a objeto de evitar
choques sobre el sistema.
Los problemas para mantener el rendimiento del intercambiador de calor, pueden
ser acusado por algún cambio en las condiciones de temperatura, el calor, la
carga, por fallas en el sistema, aguas duras que por el trabajo mismo del equipo
se van incrustando en las placas del intercambiado.
Tan pronto como el aparato esté trabajando a satisfacción, debe mantenerse sin
interferencia
Tarea de Aprendizaje N°7
Identificar los problemas comunes en los
        intercambiadores de calor
Los problemas comunes en los equipos Intercambiadores de placas pueden
agruparse en:

Problemas con los Frame
Problemas con las placas de flujo

                           Problemas en Frame


Los problemas frecuentes que dice
relación con la operación de los
equipos Intercambiadores de calor
esta basado en derrames de
soluciones en los puertos de
entrada de las soluciones, esto se
puede observar en la siguiente
figura

Saturación de las placas de flujo
por bajo mantenimiento ( no
efectuar retro lavados)
Mal ajuste de los sellos en los
flanges
Problemas de saturación de placas de flujo


La saturación en los equipos de
intercambio de calor de placas
ocurre cuando se produce una
incrustación entre cada placa de
flujo (distancia interior de entre
placa “gap”) debido a sólidos,
fouling y cualquier elemento que
permanezca y no ocurra la auto
limpieza,    esto    lo    podemos
observar en la siguiente figura.
Daños en placas de flujo por pitting



El pitting es una corrosión localizada
debido principalmente al efecto de
cloruros en las soluciones de
procesos,      esto    genera      una
contaminación de solución entre
fluidos que puede incluso llevar a
daños en equipos calentadores o
calderas
Daños en placas de flujo por contaminación con orgánico


Las placas de flujo de los
Intercambiadores de calor que
operan con electrolitos están
expuestas       a            sufrir
contaminaciones de orgánicos,
las cuales vienen por arrastres de
la etapa anterior (filtración y/o
lavados), este elemento orgánico
produce una despasivacion de la
superficie externa de la placa,
esto produce que dicha superficie
quede mas expuesta a sufrir
corrosión.
Contaminaciones en placas de flujo por fouling de sistemas de agua



Dentro     de     las     principales
contaminaciones que afectan los
coeficientes de transferencia de
calor y bajan los rendimientos de
estos      equipos       son      las
incrustaciones o fouling proveniente
de los sistemas de agua de
calentamiento o enfriamiento, las
cuales usualmente traen dentro de
su composición durezas de agua,
arrastres de cristales de corrosión
provenientes de las tuberías y en
algunos casos en los sistemas de
enfriamiento micro algas.

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Presentación intercambiador de calor

  • 2. OBJETIVO DEL PRESENTE CURSO Al término del curso los participantes se encontrarán en condiciones de: Reconocer los mecanismos de transferencia de calor involucrados en los distintos equipos presentes en un proceso. Conocer la operación de un Intercambiador de Calor. Identificar la importancia del fenómeno de transferencia de calor para la operación de Electro-obtención. Identificar los problemas mas comunes en un Intercambiador de calor de placa.
  • 3. INTRODUCCIÓN La termodinámica estudia y trata la transiciones cuantitativas y reacomodos de energía como el calor en los cuerpos de materia, también estudia como se realiza el intercambio de energía (calor) entre un cuerpo caliente y uno frió, o como la energía esta relaciona en los cambios de fase (sublimación, fusión, evaporización, condensación y solidificación).
  • 4. INTRODUCCIÓN Los diferentes estados (o fases) de la materia inciden directamente en la energía de cada uno de ellos. Los diferentes estados de la materia, incide en las propiedades térmicas de la materia. Las fases de una sustancia en cada estado esta asociado a su contenido de energía.
  • 5. INTRODUCCIÓN Existen leyes que rigen los fenómenos de transferencia de calor, y los mecanismos involucrados. La forma en que tiene lugar la transferencia de calor, determina los tres mecanismos de transferencia de calor esto es, conducción, convección y radiación. Luego, existen equipos que ocupan estos mecanismos, para intercambiar calor, y además, en los procesos podemos identificar procesos de transferencia de calor.
  • 6. Tarea de Aprendizaje N°1 Describir los Mecanismos de Transferencia de Calor
  • 7. MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR Se ha descrito a la transferencia de calor como el estudio de las velocidades a las cuales el calor se intercambia entre fuentes de calor y recibidores. Los procesos de transferencia de calor se relacionan con las razones de intercambio térmico, tales como los que ocurren en equipo de transferencia de calor, tanto en ingeniería mecánica como en los procesos químicos.
  • 8. MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR El proceso por el que se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura, involucra tres distinto mecanismos de transferencia de calor :  Conducción  Convección  Radiación
  • 9. MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR Conducción, en donde el calor pasa a través de la sustancia del cuerpo. Convección, en el cual el calor es transferido por el movimiento relativo de partes del cuerpo calentado. Radiación, mecanismo por el calor se transfiere directamente entre partes distantes del cuerpo por radiación electromagnética.
  • 10. MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR Aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos. Por ejemplo, el calor se transmite a través de la pared de una casa fundamentalmente por conducción, el agua de una cacerola situada sobre un quemador de gas se calienta en gran medida por convección, y la Tierra recibe calor del sol casi exclusivamente por radiación.
  • 11.
  • 12. MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR Mecanismos térmicos Ambiente es el espacio tanto interior como exterior a la envolvente del cerramiento, en el cual se incluye todos aquellos parámetros físicos que intervienen en los procesos de transferencia de calor. Se define como cerramientos a los elementos de separación entre el ambiente interior y el ambiente exterior de un edificio u equipo y que constituyen su envolvente ciega.
  • 13. MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR Regiones definidas en los cerramientos: Superficies ( radiación y convección) Interior del cerramiento (conducción) Aislamiento (resistencia térmica)
  • 14. En la transmisión del calor a través de los cerramientos, entre el ambiente exterior y el ambiente interior de los edificios u equipos, se distinguen varios mecanismos de transferencia y regiones donde se realizan: Superficies espacio que esta en contacto con el ambiente exterior e interior, donde se intercambia calor por radiación y convección entre el ambiente y el interior del cerramiento Interior del cerramiento donde se transmite calor por conducción entre ambas superficies a través de varias capas, y se almacena calor por acumulación en su masa térmica. Aislamientos son regiones del interior del cerramiento con elevada resistencia térmica y sin acumulación de calor. Los casos convencionales son las capas aislantes, de masa despreciable, y las cámaras de aire, que si bien actúan por mecanismos de convección y radiación, se asimilan a una resistencia térmica y por supuesto carecen de capacidad de acumulación
  • 15. MECANISMOS DE CONDUCCIÓN situación a T 0 La conducción es el modo de transferencia térmica en el que el calor se mueve o viaja desde una capa de temperatura elevada del cerramiento a otra capa de inferior situación a T 1 temperatura, debido al contacto directo de las moléculas del material. situación a T 2 Q T2 T1 situación a T 3 T2 > T 1
  • 16. MECANISMOS DE CONDUCCIÓN La relación existente entre la velocidad de transferencia térmica por conducción y la distribución de temperaturas en el cerramiento depende de las características geométricas y las propiedades de los materiales que lo constituyen, obedeciendo la denominada la Ley de Fourier: (W /m2) (W = J / s)
  • 17. MECANISMOS DE CONDUCCIÓN Analizando la ley de Fourier, esta afirma que la velocidad de conducción de calor a través de un cuerpo por unidad de sección transversal es proporcional al gradiente de temperatura que existe en el cuerpo (con el signo cambiado), donde el factor de proporcionalidad se denomina conductividad (λ ).
  • 18. MECANISMOS DE CONDUCCIÓN Los materiales como el oro, la plata o el cobre tienen conductividades térmicas elevadas y conducen bien el calor, mientras que materiales como el vidrio o el amianto tienen conductividades cientos e incluso miles de veces menores; conducen muy mal el calor, y se conocen como aislantes.
  • 19. MECANISMOS DE CONVECCIÓN Cuando el aire de un ambiente se pone en contacto con la superficie de un cerramiento a una temperatura distinta, el proceso resultante de intercambio de calor se denomina transmisión de calor por convección.
  • 20. MECANISMOS DE CONVECCIÓN • Es la transferencia de calor con transporte de masa. • Típicamente ocurre en fluidos, líquidos o gases. • Naturalmente ocurre debido a la diferencia de densidades que produce la expansión térmica en el fluido. • El flujo de materia y calor puede forzarse con una bomba o ventilador.
  • 21. MECANISMOS DE RADIACIÓN Se denomina transmisión de calor por radiación cuando la superficie del cerramiento intercambia calor con el entorno mediante la absorción y emisión de energía por ondas electromagnéticas. Mientras que en la conducción y la convección era precisa la existencia de un medio material para transportar la energía, en la radiación el calor se transmite a través del vacío, o atravesando un medio transparente como el aire.
  • 22. MECANISMOS DE RADIACIÓN Las superficies opacas pueden absorber o reflejar la radiación incidente. Generalmente, las superficies mates y rugosas absorben más calor que las superficies brillantes y pulidas, y las superficies brillantes reflejan más energía radiante que las superficies mates
  • 23. Tarea de Aprendizaje N°2 Teoria Fundamental de la transferencia de calor
  • 24. Teoría Fundamental de la transferencia de calor Principio de operación del Intercambiador de placas En un intercambiador de calor de placas, el calor es transferido desde una solución caliente o una solución fría, a través de finas placas metálicas, llamadas placas de canal, que han sido prensadas dentro de un patrón especial. Las placas de canal adyacentes tienen diferentes patrones de prensado. La transferencia de calor será grande cuando las diferencias de temperaturas entre el fluido frío y caliente sea mayor; de allí que se utilice vapor o agua a alta temperatura.
  • 25. Teoría Fundamental de la transferencia de calor La transferencia de calor no depende sólo de las diferencias de temperaturas de los fluidos caliente y frío, sino también del tipo de material con que está diseñado el intercambiador de calor. Hay algunos metales que conducen el calor mejor que otros, el parámetro que manifiesta esta propiedad es el coeficiente de conductividad del material; a mayor coeficiente de conductividad mayor será la transferencia de calor.
  • 26. Teoría Fundamental de la transferencia de calor Teoría fundamental Algunas ecuaciones que nos describen el fenómeno de transferencia de calor y que rigen para el intercambiador de placas son las siguientes: Flujo de calor transferido: Donde: Flujo de calor transferido: Q = Flujo de calor, Btu/hr. m = Flujo másico, lbm/hr. CP = Capacidad calorífica del fluido, Btu/lbm°F. ∆T = Diferencia de temperaturas, °F.
  • 27. Teoría Fundamental de la transferencia de calor Coeficiente Global de transferencia de Calor: N = número de placas U O = Coef. Global de transferencia de calor A O = Superficie de transferencia de calor de una placa, tal que 2 Ao es el área existente en un canal formado con 2 placas. ∆T ML = Diferencia de temperaturas media logarítmica. Donde:
  • 28. Teoría Fundamental de la transferencia de calor x = espesor de la placa. k = conductividad térmica de las placas. fi = fo = factores de obstrucción por incrustaciones. hi = ho = coeficientes de película de transferencia de calor.
  • 29. Teoría Fundamental de la transferencia de calor Cuando hay una transferencia de calor de un medio caliente a otro frío, en el trayecto, el calor encuentra varias resistencias térmicas, que como su nombre indica, se oponen al paso del calor, dichas resistencias cuando el intercambiador de calor está limpio son: • Resistencia debido a al flujo a calentar • Resistencia debido al material de que están hechas las placas (SS 316, Ti , etc.) • Resistencia debido a incrustación en las placas (fouling) Estas resistencias térmicas hacen que la temperatura vaya disminuyendo en el trayecto del fluido caliente al frío.
  • 30. Teoría Fundamental de la transferencia de calor Principios Básicos de Hidráulica Golpe de ariete : Producido por una golpe brusco de fluido, el cual afecta las placas de un PHE Impacto sobre una estructura de un fluido por golpe de ariete
  • 31. VARIABLES OPERACIONALES Para todas las operaciones de transferencia de calor existen diferentes variables que influirán de una mayor o menor manera en la eficiencia de los sistemas o equipos, entre ellas tenemos: • Diferencia de temperatura • Razón de flujo de cada uno de los fluidos y la relación entre ellos. • Área de calentamiento • Caídas de presión para las corrientes
  • 32. VARIABLES OPERACIONALES Diferencia de temperatura Se ha visto que siempre los diferenciales de temperatura ” ∆t ” son directamente proporcionales a la transferencia de calor, de aquí inmediatamente se tiene claro que a mayor diferencia de temperatura se produce una mejor transferencia de calor. Esto lógicamente por que hay mayor calor disponible en uno de los fluidos para entregar calor al otro de menor temperatura. Sin embargo esto no quiere decir que el sistema es más eficiente, la eficiencia esta en proporción según la tendencia a salir ambos fluidos con temperaturas lo más cercanas entre si.
  • 33. VARIABLES OPERACIONALES Razón de fluidos La razón flujo es la relación que existe entre la entrada de fluido frío y la entrada de fluido frío. Se intuye que si existe un desequilibrio, esto se explica desde el punto de vista de la disposición de masa que existe para que ocurra el traspaso de calor. Si hay más fluido calienta que frío, se entiende que existe más calor disponible que el que se puede absorber, en el caso inverso entonces entenderíamos que existe más disponibilidad para absorber calor que el calor disponible para la transferencia. Por este motivo en estado ideal se tiende a trabajar con fluidos equivalentes o iguales
  • 34. VARIABLES OPERACIONALES Áreas de calentamiento En todas las ecuaciones de transferencia de calor siempre se puede observar que existe una relación directamente proporcional entre el área y la transferencia del calor producida, de aquí entonces podemos concluir que a una mayor área de calentamiento, mayor será la transferencia de calor. Por esta razón es que es mucho mejor la transferencia de calor en términos de rendimiento en un intercambiador de placa que uno de tubos, sin embargo hay una variable que es la caída de presión que es mejor en el intercambiador de tubo y coraza
  • 35. VARIABLES OPERACIONALES Caídas de presión para las corrientes La importancia fundamental de las caídas de presión radica que generalmente esta variable va asociada con el volumen o caudal y los tiempos de estadías del fluido frío dentro del equipo.
  • 36. Tarea de Aprendizaje N°3 Describir la operación de un intercambiador de calor
  • 37. OPERACIÓN DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR El propósito de este aparato es transferir calor de un medio a otro, y que el calor pase fácilmente a través de las paredes que separan un medio de otro. El alto calor que fluye a través de las paredes puede ser seriamente reducido por la formación de depósitos de variadas formas sobre la superficie de las placas. El intercambiador induce un flujo altamente turbulento, la cual entrega una fuerte resistencia a la formación de depósitos sobre la superficie de las placas. Se debe tener en cuenta, que algunas veces no es factible eliminar los depósitos (Obstrucciones).
  • 38. OPERACIÓN DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR El objetivo del intercambiado de placas es enfriar el agua, (solución electrolito), usada como refrigerante en el proceso, mediante la transferencia de calor de un medio a otro. El calor debe pasar fácilmente a través de las paredes que separan un medio del otro.
  • 39. En la mayoría de las plantas de procesos se presenta la necesidad de transferir energía térmica entre fluidos o de fluidos a sólidos, tanto para calentar, enfriar, evaporar como para efectuar tratamientos térmicos, etc. Esta operación cumple muchas veces un papel fundamental en el procedimiento de elaboración ya que de ella puede depender la calidad de un producto o la eficiencia del proceso mismo en cuestión, en donde las temperaturas son parámetros críticos.
  • 40. Diseño constructivo de un Intercambiador de placa. Existen varios diseños de intercambiadores de placas, pero son dos las construcciones básicas más difundidas, a saber: Intercambiador de placas con juntas, designado PHE (Plate heat exchangers) Intercambiador de placas soldadas, designado BHE (Brazed heat exchangers)
  • 41. Diseño constructivo de un Intercambiador de placa PHE. Los intercambiadores de calor consisten en un conjunto de placas metálicas corrugadas montadas entre dos placas, una fija (bastidor) y otra móvil (de presión). Este paquete de placas a su vez, es soportado por dos barras guía, una superior y otra inferior que apoyan sobre una columna o pedestal. El sellado entre placas se efectúa mediante juntas elastoméricas quienes a su vez dirigen los fluidos por canales alternos.
  • 42. Junta que no permite pasar la solución por esa placa
  • 43. Diseño constructivo de un Intercambiador de placa PHE. Las placas contienen orificios que permiten y dirigen el flujo de los fluidos. El conjunto de placas es comprimido mediante espárragos que aseguran el apriete y estanqueidad entre las mismas. Las conexiones de entrada y salida se localizan en la placa fija del bastidor salvo en el caso de que haya más de un paso, donde se utilizan ambas placas del bastidor.
  • 44. Materiales y dimensiones de las placas Las placas constituyen el alma del equipo y tanto la selección de materiales como el diseño, tamaño y cantidad de las mismas dependerá de las condiciones del servicio requerido. Las placas en general presentan un diseño en forma de “tabla de lavar “que reconoce cinco segmentos funcionales, a saber • Segmento de ingreso del fluido en la parte superior (Inlet port) • Segmento de distribución del fluido • Segmento o área principal de transferencia de calor • Segmento colector de fluido • Segmento de egreso del fluido (outlet port)
  • 45. Las placas pueden construirse en diferentes medidas y espesores, variando entre las siguientes dimensiones: • Espesores de placas: 0.4 a 1.15 mm • Área de intercambio por placa: 0.032 a 3.4 m2 • Área de intercambio por unidad: 0.1 a 2200 m2 . • Espaciado entre canales: 1.6 a 5.5 mm • Dimensiones placas: ancho (0.2 a 1.5 m) y alto (0.5 a 3 m) • Dimensiones por unidad: 0.5 a 6 m • Dimensiones de las conexiones: 1” a 18”. En los BHE máx (4”) • Tipo de conexiones: roscadas, socket, bridadas o Victaulic
  • 46. La característica más importante de los intercambiadores de placas es que los coeficientes globales de transferencia de calor que se obtienen en servicios de líquido a líquido, son de dos a tres veces mayores que los que se pueden obtener con las mayores unidades de tubo y coraza. Los coeficientes típicos de diseño para un intercambiador de placas de agua a agua son de 3,500 a 5,000 Kcal/m2hr°C.
  • 47. Tarea de Aprendizaje N°4 Identificar los componentes de un intercambiador de calor
  • 48. COMPONENTES DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR. Componentes de un Intercambiador de Placa Un intercambiador de placas típico se compone de cuatro secciones : a) El bastidor, cuyos componentes son de acero al carbón, con excepción de aquellos que, como las conexiones de entrada y salida, tienen contacto con los fluidos. b) Las placas de transferencia de calor, que se fabrican prensando láminas delgadas de gran variedad de aleaciones y metales resistentes a la corrosión. El más usado es el acero inoxidable. El espesor de las placas es generalmente de 0.4 a 1.14 mm. c) Las juntas, son gomas o cauchas de NBR (goma de nitrilo de calidad superior) o EPDM (polímetro de etileno – propileno), son las que separan las placas por estanqueidad de caucho, facilitando en este caso el mantenimiento de las mismas. d) Las guías de las placas, esta fabricada de acero inoxidable, y estas guías son las que general el alineamiento de las placas
  • 49.
  • 50. COMPONENTES DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR. Un intercambiador de placas típico
  • 51. COMPONENTES DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR. 1 Placa fija con conexiones 5 Paquete de placas 9 Eje superior 2 Placa inicial (con junta final) 6 Placa cambio flujo izquierdo 10 Soporte 3 Placa de flujo izquierdo 7 Placa cambio flujo derecho 11 Eje inferior 4 Placa de flujo derecho 8 Placa móvil 12 Tornillo de apriete
  • 52. El bastidor.- incluye un cabezal fijo y un apoyo de extremo, conectados por una barra portante superior y por la barra inferior de guía. La barra superior sostiene el cabezal seguidor, que puede moverse según se requiera. El conjunto de placas de transferencia de calor queda prensado entre el cabezal fijo y el seguidor por barras de unión.
  • 54. .Conexiones.- La elección de los materiales para la fabricación de las conexiones o de sus revestimientos se hace en base a su resistencia a la corrosión frente a los fluidos del proceso. La solución económica más ventajosa consiste en el revestimiento de las conexiones (toberas) con el mismo material empleado para las juntas de las placas.
  • 55. Las Placas.- El paquete de placa consiste de placas corrugadas con un canal perimetral para la colocación de los empaques. La cantidad de placas necesarias como el tamaño y dimensiones, así como el corrugado de las mismas, varía en cada caso en función de su aplicación.
  • 57. Placas Semi ciegas , dos puertos cerrados Puerto Cerrado = Placa sacrificio ante golpe de ariete
  • 58. Tipo de encajado de las placas Tipos de Placas en un equipo
  • 59. El diseño corrugado de las placas crea conductos a través de los cuales circulan los fluidos en capas de muy bajo espesor y con gran turbulencia, lo que origina una alta transferencia de calor. Diseño de corrugados
  • 60. Este escurrimiento turbulento a través de las placas hace también que los depósitos causados por fluidos sucios sean continuamente removidos de la superficie de transferencia durante la operación, lo que se traduce en un mayor coeficiente total de transferencia y en un mayor tiempo de trabajo del equipo sin necesidad de pararlo para limpieza. Flujo turbulento por el corrugado Sedimento en la superficie elimina el sedimento en la superficie merma la transferencia
  • 62. Placa de Acero en 30º Placa de Acero en 60º
  • 63. El flujo turbulento producido por las corrugaciones rompe la película límite adherida a la superficie de transferencia dando altos coeficientes de convección y un bajo nivel de ensuciamiento. La elevada transferencia térmica en estos equipos no está dada solamente por el escurrimiento turbulento sino también por los bajos espesores de película a través de las cuales se transmite el calor. Flujo turbulento
  • 64. Dependiendo de la transferencia de calor requerida y de las pérdidas de presión necesarias para lograrla, la geometría de las placas puede variar ampliamente. De esta forma encontraremos: Placas llamadas soft que se caracterizan por tener bajos coeficientes de transferencia y pequeñas pérdidas de carga. Son más cortas y anchas Las placas soft en general tienen un diseño en ángulo agudo (chevrons) que ofrece menor resistencia al flujo de fluidos Placas llamadas hard que inversamente darán los coeficientes de transmisión más altos con mayores pérdidas por fricción. Son de una geometría más complejas pues son más largas y estrechas y tienen corrugaciones más profundas. También tienen una menor separación entre placas. Presentan corrugaciones en ángulo obtuso que conducen a mayores pérdidas de carga
  • 65. Las placas del tipo hard tienen corrugaciones transversales o diagonales a la dirección del flujo, lo que origina mayor turbulencia y transferencia térmica. Las placas soft inversamente tienen ondulaciones en la dirección del flujo, lo que provocará menos turbulencia y transferencia de calor
  • 66. Todas las placas de intercambiador de calor se componen de distintas zonas bien diferenciadas.El recorrido de los medios a través del paquete de placas depende de los requerimientos termodinámicos exigidos al intercambiador.
  • 67. Cada uno de los intercambiadores de calor de placas está diseñado específicamente para las condiciones de servicio requerido. Ello conlleva que la disposición de las placas y los respectivos recorridos de los fluidos a través del intercambiador varíe en cada uno de los aparatos. Mediante la combinación de placas con toberas ciegas o abiertas se consigue modificar la disposición de las placas; la disposición puede ser en paralelo, en serie o una combinación de ambas.
  • 68.
  • 69.
  • 70.
  • 71.
  • 72. Las placas que no tengan todas sus cuatro toberas abiertas se denominan “placas de cambio de flujo”. Para la identificación exacta de las placas de cambio de flujo, se utiliza una nomenclatura específica, basada en la cantidad y situación exacta de las toberas abiertas. Mirando las placas por el lado en el que se encuentre ubicadas las juntas, se denomina “placa izquierda” a la que tenga situadas las toberas de entrada y salida en el lado izquierdo (triangulo de distribución abierto en dicho lado). En caso contrario y siempre mirando las placas por el lado de las juntas, se habla de una “placa derecha”.
  • 73.
  • 74.
  • 75. Placas de cambio de flujo (excepto CR/CL) Placas iniciales
  • 76. Placas Madres.  Placa Cabezal de Presión. El objetivo de la placa cabezal , (llamada también placa madre), de presión es resistir las deformaciones producto de la acción del calor al que esta sometido el conjunto, además suministra una excelente superficie de apoyo indeformable a la empaquetadura que la une con el conjunto de placas intercambiadoras de calor, llamada placa terminal. Esta instalada en el extremos terminal del intercambiado, en éste caso esta placa de presión es de un espesor más grueso que la placas de transferencia de calor. constituye una superficie de apoyo, terminal para soportar el intercambiador.
  • 77. Placa de Cabeza (Seguidor). Además de cumplir las funciones descrita para la Placa Madre de Presión también cumple la función de permitir la entrada y salida del líquido caliente y del líquido utilizado como refrigerante. Es la más gruesa instalada en el extremos por donde ingresa el líquido al intercambiado, en éste caso está placa o seguidor conforma el otro extremo del bastidor está perforada además por cuatro orificio una entrada y salida del líquido a enfriar, una entrada y salida del líquido utilizado como refrigerante además sirve para obturar ofreciendo una superficie indeformable para la empaquetadura y el paquete de placas del cual está hecho el intercambiador.
  • 78.  Placa de intercambio de Calor. Es una placa que recibe el líquido refrigerante por un lado y por el otro el líquido a refrigerar, su posición y orden durante el armado es importante para lograr este objetivo, razón por la cual al desarmar el paquete de placas se debe tener cuidado en mantener su orden al armarlo nuevamente. Su construcción es de un espesor delgado con un preformado que entrega la turbulencia requerida para evitar la formación de depósitos, una buena transferencia del calor.
  • 79. Juntas o Empaque.- El canal perimetral presente en las placas sostiene las juntas. El propósito de las juntas es evitar que se mezclen los fluidos, fuguen hacia el exterior, direccionando los fluidos en sus canales alternos frió y caliente. Cada placa de intercambio viene provista de dos juntas y de una junta de campo. Como única excepción cabe señalar la placa cuya junta está en contacto directo con las placas del bastidor. El material de las juntas está directamente ligado a las exigencias del servicio, esto es: Presiones Temperaturas de operación Características fisicoquímicas de los fluidos manejados (composición química).
  • 80.
  • 81. En las zonas de detección de fugas de las placas, las juntas presentan muescas. La misión de dichas muescas o rebajas es la de facilitar la fuga hacia el exterior de los fluidos, en caso de fallas la junta diagonal o una de las juntas anulares en la parte interna de la placa.
  • 82. La funcionalidad de dichas muescas de detección de fugas está garantizada siempre y cuando las juntas no hayan sufrido una deformación por un exceso de temperatura o se haya producido el taponamiento de las mismas por elevada suciedad de los fluidos o se haya sobrepasado el límite máximo de apriete del paquete de placa.
  • 83. Las juntas pueden ir pegados a las placas o con algún dispositivo de grampa (clip).
  • 85. Existen dos métodos para fijar las juntas a las placas reintercambio: Fijación de las juntas mediante adhesivo. Para el caso de los empanques pegados se recomienda para equipos que soportan altas presiones en su interior y/o fluidos altamente corrosivos. En las cunas (alojamiento de las juntas) de las placas de intercambio de calor se aplica una película uniforme de un adhesivo especial. Este método es especialmente ventajoso para los aparatos que deben ser abiertos muy frecuentemente por motivos de limpieza.
  • 86. Fijación mecánica de las juntas (sin adhesivos). La fijación mecánica la sujeción de las juntas se realiza en distintos puntos de las placas de intercambio. El número de puntos de sujeción depende del tamaño de las placas. Mediante la introducción de las lengüetas de las juntas en los agujeros o ranuras previstos para este fin en el borde de las placas, se consigue la correcta sujeción de las juntas a las placas. Este sistema en el cual las juntas van pegadas a las placas con un dispositivo de grampa (clip in).
  • 87.
  • 88. Empaque (GASKET) Los empaques gasket se fabrican de elastómeros, que se seleccionan de acuerdo con el tipo de servicio y se colocan en el borde de las placas rodeando completamente las bocas de alguno de los extremos de manera que el flujo se pueda distribuir de lado a lado de la placa.
  • 89. .- Revestimiento de Acero Inoxidable Este revestimiento de acero inoxidable cumple la función de impedir que las placas se oxiden y pierdan material con lo cual sería seriamente afectada su duración y resistencia. Es una película confeccionada en base a un metal resistente a la oxidación, que baña toda la superficie externa de la placa, por eso no se aconseja limpiar las placas con elementos abrasivos que puedan dañar el acabado del intercambiador.
  • 90. - Pernos de Amarre del Intercambiador de Calor. Cumplen la misión de sujetar fuertemente unidas el conjunto de placas de tal manera de que haya un cierre hermético. Están construidos de acero al carbono en las dimensiones adecuadas, tiene una gran longitud de hilo para ajustar las tuercas de sujeción, su ajuste se logra midiendo la longitud que existe entre las dos placas madre con una apriete en la secuencia especificada por el fabricante, es importante no intercambiar las tuercas de sujeción para evitar daños en los hilos por donde corren las tuercas, también es importante medir el largo total de los pernos sin carga para poder calcular su fatiga cuando se ha elongado en más de lo especificado por el fabricante. Cuando esto ocurre deducimos que los pernos están fatigados y nunca lograremos un ajuste de precisión.
  • 91. Apertura y cierre delosPernos de Amarre del Intercambiador de Calor.
  • 92. Tarea de Aprendizaje N°5 Explicar el funcionamiento del intercambiador de calor
  • 93. En un intercambiador de calor de placas, el calor se transfiere del electrolito pobre y el agua caliente al electrolito rico a través de delgadas placas de metal llamadas placas de transferencia, que han sido prensadas dentro de un patrón especial. Cuando se estampa un conjunto de placas, los orificios de las esquinas forman múltiples conjuntos, que conducen al electrolito pobre y al electrolito rico a los pasos correctos entre las placas.
  • 94. Debido a la disposición de las empaquetaduras en las placas, el electrolito pobre ingresa a los pasos con número par y el electrolito rico ingresa a los pasos con número impar. Los dos electrolitos fluyen en direcciones opuestas y se recogen en múltiples en el mismo extremo del intercambiador de calor de placas en que ingresaron. En el intercambiador de calor de placas, el agua caliente reemplaza al electrolito pobre en la trayectoria del caudal a través del intercambiador de calor.
  • 95. La figura siguiente muestra un intercambiador de calor ensamblado y la disposición característica de las placas de transferencia y de las placas seguidoras que muestran la trayectoria de paso de los fluidos.
  • 96. Cuando hay una transferencia de calor de un medio caliente a otro frío, en el trayecto, el calor encuentra varias resistencias térmicas, que como su nombre indica, se oponen al paso del calor, dichas resistencias cuando el intercambiador de calor está limpio son: • Resistencia debido a la película del fluido caliente que se adhiere a las paredes del intercambiador • Resistencia debido al material de que está hecho el intercambiador; • Resistencia de la película o el fluido a calentar. • Resistencias debido a la incrustación en los equipos (( Fouling)
  • 97. Estas resistencias térmicas hacen que la temperatura vaya disminuyendo en el trayecto del fluido caliente al frío
  • 98.
  • 99. Tarea de Aprendizaje N°6 Describir el proceso del manejo del electrolito y su influencia en EW
  • 100. Las soluciones utilizadas en la operación de SX y EW, pasan a través de diversas operaciones de acondicionamiento, almacenamiento y alimentación de reactivos. El electrolito como solución principal del proceso tiene su circuito en un área de contención llamado patio de tanques.
  • 101. Diagrama de flujo de soluciones en SX y Tank Farm
  • 102. Flujo de soluciones en manejo de Electrolitos
  • 103. El circuito del manejo de electrolito está constituido por diferentes etapas, tanto de almacenamiento, calentamiento y tratamiento de la solución. • Primera etapa de calentamiento. • Filtraje del electrolito. • Recirculación de electrolito. • Segunda etapa de calentamiento.
  • 104. Primera etapa de calentamiento La primer etapa de calentamiento se da en el intercambiador de calor electrolito rico /electrolito pobre, al ingresar dos soluciones, una caliente y otra fría. El electrolito rico, bombeado desde el tanque de alimentación a los filtros, ingresa al intercambiador, con una temperatura de 18°C aproximadamente, y es calentado a una temperatura de 43°C; la solución caliente (electrolito pobre) llega al intercambiador con una temperatura de 48°C.
  • 105. El electrolito rico de salida del intercambiador, ya calentado, se dirige hacia la etapa de filtraje en los filtros de electrolito. La solución de electrolito pobre de salida del intercambiador, se dirige hacia el mezclador-decantador de re- extracción S-2 y hacia el mezclador-decantador de extracción E-1, como purga de electrolito.
  • 106. Las soluciones tanto de electrolito rico como de electrolito pobre, ingresan al intercambiador a 325 m3/h aproximadamente. El área de las placas de transferencia es de 190 m2 . En la línea de ingreso de electrolito rico al intercambiador, está instalado un medidor de flujo, con el cual se controlan dos alarmas; una de flujo alto y otra de flujo bajo. En la línea de salida del intercambiador, está instalado un medidor de temperatura, este medidor permite el monitoreo de la temperatura del electrolito rico y la activación de las alarmas de temperatura alta y baja en el sistema de control DCS.
  • 107. Segunda etapa de calentamiento La segunda etapa de calentamiento está constituida por el intercambiador de calor electrolito a EW /agua caliente, ilustrado en la Figura. Al igual que el intercambiador de la primera etapa, al intercambiador electrolito a EW /agua caliente ingresan dos soluciones, una fría y una caliente. La solución fría está constituida por una parte del flujo de electrolito a EW bombeado desde el tanque de recirculación (lado del electrolito a EW) y la solución caliente constituida por agua caliente proveniente de los calentadores.
  • 108. El electrolito a EW, bombeado desde el tanque de recirculación (lado del electrolito a EW), se divide en dos líneas; la principal, de avance directo hacia las celdas de electroobtención (con un flujo de 1 350 m3/h) y la secundaria de calentamiento (con 150 m3/h). Un electrolito demasiado frío puede hacer que el sulfato de cobre se cristalice en la solución, particularmente en grandes superficies metálicas como los filtros de electrolito o en pequeñas líneas y conexiones a través de toda la planta.
  • 109. Una de las consecuencias de mal funcionamiento de los intercambiadores de calor esta basado en depósitos quebradizos e irregulares, como se observa en la figura
  • 110. Influencia de la Temperatura en el proceso de Electroobtención La temperatura favorece el proceso de EW en los aspectos de calidad catódica, menor voltaje de celda, cinética de transporte. Sin embargo, la temperatura de operación está limitada al rango de 40 a 55 ºC, debido al costo de calefacción del electrolito, pérdidas de agua por evaporación, mayor efecto de la neblina ácida e incidencia de mayor corrosión en la planta. Por ello hay que designar los sistemas de calefacción del electrolito para que mantengan una temperatura constante.
  • 111. Si la temperatura del electrolito cae repentinamente, se producirá un descascaramiento de la capa de PbO2 con la consiguiente contaminación. La temperatura alta del electrolito favorece las propiedades de difusión de iones en el electrolito, disminuyen la viscosidad de las soluciones y aumentan la densidad de corriente límite para el depósito de cobre.
  • 112. Una temperatura menor de 30ºC, puede dar como resultado un grano más grueso y por consiguiente, un cobre catódico de menor calidad. Una temperatura de más de 50ºC puede degradar el orgánico en el proceso de extracción por solventes
  • 113. Efectos positivos de la temperatura Mejora la conductividad del electrolito. Baja la viscosidad. Mejora la calidad del depósito. Baja los contaminantes, especialmente el azufre. Disminuye el potencial de la celda. Debe ser mantenida entre los 45 - 50 oC.
  • 114. La temperatura del electrolito es otro de los factores importantes para bajar el nivel de azufre (S) en los cátodos. Experimentalmente se comprobó que subiendo la temperatura del electrolito unos 2 a 4°C es factible disminuir el contenido de azufre final en los cátodos, tal como se puede apreciar en la siguiente gráfica
  • 115. Tratamiento térmico de electrolito El electrolito rico ingresa a la nave de electroobtención a una temperatura de 20 ºC, la temperatura de operación en las celdas electrolíticas es de 48 ºC a 55 ºC, por lo tanto es necesario subir la temperatura de la corriente para estabilizar la temperatura de operación
  • 116. Intercambiador de calor electrolito rico/electrolito pobre Al pasar el electrolito rico a través del intercambiador de calor se transfiere calor desde el electrolito pobre, que sale de la Nave a una mayor temperatura, al electrolito rico que pasa en contracorriente. Entradas al intercambiador Fluido frío : electrolito rico (a 20 ºC) Fluido caliente : electrolito pobre (a 46 ºC) Salidas del intercambiador Fluido frío : electrolito rico (a 33 ºC) Fluido caliente : electrolito pobre (a 33 ºC)
  • 117. Intercambiador de calor electrolito rico/Agua caliente El electrolito rico se circula al intercambiador en contracorriente en el intercambiador de calor de agua caliente. La solución así calentada se envía estanque de recirculación de electrolito, el agua que sale del intercambiador se retorna al estanque de expansión Entradas al intercambiador Fluido frío : electrolito rico (a 33 ºC) Fluido caliente : agua caliente (a 95 ºC) Salidas del intercambiador Fluido frío : electrolito rico (a 42 ºC) Fluido caliente : electrolito agotado (a 70ºC)
  • 118. Control en intercambiadores de calor El control en el intercambiador es realizado a través de la medición de la diferencial de presión a través de los controladores. Una corriente de electrolito (pobre) se retira del estanque y va a la primera etapa de calentamiento en los intercambiadores de calor, posteriormente abandona la nave hacia planta SX. Todos los sistemas de tuberías, incluyendo los intercambiadores de calor de placas entre ellos, ofrecen una resistencia al flujo de un líquido que este pasando a través de ellos.
  • 119. Partículas grandes y fibras pueden también ser arrastradas dentro del intercambiador de calor y obstruirlo sino se instalan filtros o coladores para retirar estos elementos extraños que puedan reducir la capacidad para intercambiar calor y mantener controlada la temperatura dentro de los rangos requeridos por la operación. • Algas • Bacterias • Fibras o astillas de madera • Nematodos • Protozoos
  • 120. El atascamiento u obstrucción podrá ser detectado en el medio como un incremento de la pérdida de presión, medido como una presión que comienza a aumentar a la entrada del intercambiador y a bajar en la salida de éste. Para cualquier ajuste en el rango de flujo se requiere mantener una temperatura correcta, toda bajada de presión debe ser hecha suavemente, a objeto de evitar choques sobre el sistema.
  • 121. Los problemas para mantener el rendimiento del intercambiador de calor, pueden ser acusado por algún cambio en las condiciones de temperatura, el calor, la carga, por fallas en el sistema, aguas duras que por el trabajo mismo del equipo se van incrustando en las placas del intercambiado. Tan pronto como el aparato esté trabajando a satisfacción, debe mantenerse sin interferencia
  • 122. Tarea de Aprendizaje N°7 Identificar los problemas comunes en los intercambiadores de calor
  • 123. Los problemas comunes en los equipos Intercambiadores de placas pueden agruparse en: Problemas con los Frame Problemas con las placas de flujo Problemas en Frame Los problemas frecuentes que dice relación con la operación de los equipos Intercambiadores de calor esta basado en derrames de soluciones en los puertos de entrada de las soluciones, esto se puede observar en la siguiente figura Saturación de las placas de flujo por bajo mantenimiento ( no efectuar retro lavados) Mal ajuste de los sellos en los flanges
  • 124. Problemas de saturación de placas de flujo La saturación en los equipos de intercambio de calor de placas ocurre cuando se produce una incrustación entre cada placa de flujo (distancia interior de entre placa “gap”) debido a sólidos, fouling y cualquier elemento que permanezca y no ocurra la auto limpieza, esto lo podemos observar en la siguiente figura.
  • 125. Daños en placas de flujo por pitting El pitting es una corrosión localizada debido principalmente al efecto de cloruros en las soluciones de procesos, esto genera una contaminación de solución entre fluidos que puede incluso llevar a daños en equipos calentadores o calderas
  • 126. Daños en placas de flujo por contaminación con orgánico Las placas de flujo de los Intercambiadores de calor que operan con electrolitos están expuestas a sufrir contaminaciones de orgánicos, las cuales vienen por arrastres de la etapa anterior (filtración y/o lavados), este elemento orgánico produce una despasivacion de la superficie externa de la placa, esto produce que dicha superficie quede mas expuesta a sufrir corrosión.
  • 127. Contaminaciones en placas de flujo por fouling de sistemas de agua Dentro de las principales contaminaciones que afectan los coeficientes de transferencia de calor y bajan los rendimientos de estos equipos son las incrustaciones o fouling proveniente de los sistemas de agua de calentamiento o enfriamiento, las cuales usualmente traen dentro de su composición durezas de agua, arrastres de cristales de corrosión provenientes de las tuberías y en algunos casos en los sistemas de enfriamiento micro algas.