intercambiadores de calor

1. REPÚBLICABOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR
PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO”
EXTENSIÓN COL-CABIMAS
Especialidad:
Ingeniería Industrial
PARTICIPANTES:
AlbanysSandrea C.I:20.621.174
Vianneth Barboza C.I:20.743.569
Cintia Bracho C.I:23.514.264
CABIMAS OCTUBRE 2016.

2. Introducción
La transmisión de calor es necesaria en los procesos industriales actuales,
mediante esta transmisión se consiguen ahorros de costos energéticos y máximos
aprovechamiento de la energía ya disponible en el sistema. Los fluidos, por tanto,
se calientan o refrigeran para seguir siendo aprovechados dentro del proceso
industrial gracias a los intercambiadores.
Un intercambiador de calor es un componente que permite la transferencia de
fluido (líquido o gas) a otro fluido.
En la vida diaria se encuentran muchas situaciones físicas en las que es necesario
transferir calor desde un fluido caliente hasta un fluido frio con múltiples
propósitos.
Para transferir calor existen una amplia variedad de equipos denominados
intercambiadores de calor, estos se pueden clasificar de acuerdo a diferentes
criterios. En este trabajo se presentan diferentes tipos de equipos y sus
aplicaciones más relevantes a fin de que nosotros como estudiantes nos
familiaricemos con los intercambiadores de calor más utilizados a nivel industrial,
de manera que al estar ante una determinada situación en nuestra carrera o ya
como ingenieros industriales estemos en la capacidad de clasificarlos de acuerdo
a función y configuración, y podamos seleccionar el más adecuado para una
aplicación determinada.

3. INDICE.
 Uso de los intercambiadores de calor en la industria.
 Tipos de intercambiadores de calor.
 Terminología usada para describir las variables y cálculos en los
intercambiadores de calor.
 Clasificación de los intercambiadores de calor según su funcionamiento,
construcción, y utilidad.
 Calculo de coeficiente total de transferencia de calor en los
intercambiadores de calor.
 Tipos de restricciones según los factores que afectan la funcionalidad de
los intercambiadores de calor.
 Procedimientos de los cálculos de las variables, utilizando el Método de la
Temperatura Media logarítmica para los intercambiadores de calor.
Ejemplos.
 Procedimientos de los cálculos de las variables, utilizando el método del
Número de Unidades Térmicas para los intercambiadores de calor.
Ejemplos.
 Calculo de la Eficiencia utilizando las diferentes condiciones de trabajo para
los intercambiadores de calor.
 Aplicación y procedimientos del Mantenimiento Preventivo y Correctivo de
los intercambiadores de calor, tomando en cuenta la precaución de la
seguridad industrial.
 Bibliografías
 Conclusión

4. 1.- Uso de los intercambiadores de calor en la industria.
Existen muchos usos que se les pueden dar a los intercambiadores de calor en
una industria, pero esto varía dependiendo de la necesidad que exista.
Los intercambiadores de calor se utilizan para controlar temperaturas de proceso,
calentamiento o enfriamiento de productos químicos en proceso, evaporadores,
concentradores.
A continuación resaltare algunos usos.
 Calentar un fluido frío por medio de otro con mayor temperatura.
 Disminuir la temperatura de un fluido mediante un fluido con menor
temperatura.
 Llevar al punto de ebullición un fluido mediante otro con mayor temperatura.
 Condensar un fluido en estado gaseoso por medio de otro frío.
 Llevar al punto de ebullición un fluido mientras se condensa otro gaseoso
con mayor temperatura.
Debe quedar claro que la función de los intercambiadores de calor es la
transferencia de calor, donde los fluidos involucrados deben estar a temperaturas
diferentes. Se debe tener en mente que el calor sólo se transfiere en una sola
dirección, del fluido con mayor temperatura hacia el fluido de menor temperatura.
En los intercambiadores de calor los fluidos utilizados no están en contacto entre
ellos, el calor es transferido del fluido con mayor temperatura hacia el de menor
temperatura al encontrarse ambos fluidos en contacto térmico con las paredes
metálicas que los separan.
2.- Tipos de intercambiadores de Calor
Si bien los intercambiadores de calor se presentan en una inimaginable variedad
de formas y tamaños, a continuación quedan nombrados.
 Intercambiadores de coraza y tubo
 Intercambiadores de doble tubo
 Intercambiadores de placa y armazón
 Intercambiadores de calor de espejo fijo
 Intercambiadores de tipo de placa
 Intercambiador de placa en espical
 Intercambiador de calor de aleta y placa con soldadura fuerte
 Intercambiador de anillo de cierre hidráulico
 Intercambiador de cabezal flotante removible

5.  intercambiadores de calor de tubo en U
 Intercambiadores de calor de teflón
 Intercambiadores de superficie raspada
 Intercambiadores de calor de enfriamiento por aire
 Intercambiadores de bloque de grafito
 Intercambiador tubular tipo bayoneta
 Intercambiadores de película descendiente
 Intercambiares de calor para sólidos
3.- Terminología usada para describir las variables y cálculos en los
intercambiadores de calor.
Los equipos para procesos industriales se encuentran regidos por
diferentes normas y terminologías que se rigen por códigos para poder trabajar
con el diseño mecánico de recipientes a altas presión, (Para el caso de los
cambiadores de calor tubo y coraza) el código más utilizado es el AsmeBoiler and
PressureVesselsCode. Código para Calderas y Recipientes a Presión de la
Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos).
4.-Clasificación de los intercambiadores de calor según su funcionamiento,
construcción, y utilidad.
Según su Funcionamiento: Ya que los intercambiadores de calor se presentan en
muchas formas, tamaños, materiales de manufactura y modelos, estos son
categorizados de acuerdo con su funcionamiento más común.
Una de las características comunes que se puede emplear es la dirección relativa
que existe entre los dos flujos de fluidos son:
 Transferencia de calor convectiva del fluido hacia la pared interna del tubo
 Transferencia de calor conductiva a través de la pared del tubo
 Transferencia de calor convectiva desde la pared externa del tubo hacia el
fluido exterior
Según su Construcción: Si bien los intercambiadores de calor se presentan en una
inimaginable variedad de formas y tamaños, LA siguiente categoría son: carcaza y
tubo o plato. Que al igual que cualquier dispositivo mecánico, cada uno de estos
presenta ventajas o desventajas en su aplicación.
Este tipo de intercambiador (Carcaza y tubo) consiste en un conjunto de tubos en
un contenedor llamado carcaza. El flujo de fluido dentro de los tubos se le

6. denomina comúnmente flujo interno y aquel que fluye en el interior del contenedor
como fluido de carcaza o fluido externo. En los extremos de los tubos, el fluido
interno es separado del fluido externo de la carcasa por la(s) placa(s) del tubo. Los
tubos se sujetan o se sueldan a una placa para proporcionan un sello adecuado.
En sistemas donde los dos fluidos presentan una gran diferencia entre sus
presiones, el líquido con mayor presión se hace circular típicamente a través de
los tubos y el líquido con una presión más baja se circula del lado de la cáscara.
Por otro lado el intercambiador de (Tubo) consiste de placas en lugar de tubos
para separar a los dos fluidos caliente y frío Los líquidos calientes y fríos se
alternan entre cada uno de las placas y los bafles dirigen el flujo del líquido entre
las placas. Ya que cada una de las placas tiene un área superficial muy grande,
las placas proveen un área extremadamente grande de transferencia de térmica a
cada uno de los líquidos .Por lo tanto, un intercambiador de placa es capaz de
transferir mucho más calor con respecto a un intercambiador de carcaza y tubos
con volumen semejante, esto es debido a que las placas proporcionan una mayor
área que la de los tubos. El intercambiador de calor de plato, debido a la alta
eficacia en la transferencia de calor, es mucho más pequeño que el de carcaza y
tubos para la misma capacidad de intercambio de calor
Según su Utilidad: Los intercambiadores de calor se encuentran en muchos
sistemas químicos o mecánicos. Estos sirven, como su nombre lo indica, para
ganar calor o expeler calor en determinados procesos. Algunas de las aplicaciones
más comunes se encuentran en calentamiento, ventilación, sistemas de
acondicionamiento de espacios, radiadores en máquinas de combustión interna,
calderas, condensadores, y pre calentadores o enfriamiento de fluidos
El diseño real de un intercambiador de calor es un problema mucho más
complicado que el análisis de la transferencia de calor porque en la selección del
diseño final juegan un papel muy importante los costos, el peso, el tamaño y las
condiciones económicas. Así por ejemplo, aunque las consideraciones de costos
son muy importantes en instalaciones grandes, tales como plantas de fuerza y
plantas de proceso químico las consideraciones de peso y de tamaño constituyen
el factor predominante en la selección del diseño en el caso de aplicaciones
especiales, dado que cada clasificación varía en el proceso que se necesite.
5.- Calculo de coeficiente total de transferencia de calor en los intercambiadores
de calor.
En un intercambiador se tienen dos flujos de fluido, uno con mayor temperatura
que el otro, el calor se transfiere del fluido caliente al fluido frío a través de cinco
resistencias térmicas principales:

7.  Resistencia de capa convectiva de lado del fluido con mayor temperatura
 Resistencia en el lado caliente por suciedad debido a la acumulación de
residuos de materiales indeseables en la superficie de intercambio de fluido
caliente
 Resistencia del material del intercambiador, el cual presenta una
conductividad térmica finita y que toma un valor en función del tipo de
intercambiador
 Resistencia en el lado frío por suciedad
 Resistencia de capa convectiva de lado del fluido con menor temperatura
6.- Tipos de restricciones según los factores que afectan la funcionalidad de los
intercambiadores de calor.
Las superficies de transferencia de calor de un intercambiador de calor pueden
llegar a recubrirse con varios depósitos presentes en las corrientes o las
superficies pueden corroerse como resultado de la interacción entre los fluidos y el
material empleado en la fabricación y diseño del intercambiador.
El efecto global se representa generalmente mediante un factor de suciedad o
resistencia de suciedad, Rf. Que debe incluirse junto con las otras resistencias
térmicas para obtener el coeficiente global de transferencia de calor.
Los factores de suciedad se tienen que obtener experimentalmente, la
determinación de los valores de “U” del intercambiador de calor, tanto en
condiciones de limpieza como en suciedad.
7.- Procedimientos de los cálculos de las variables, utilizando el Método de la
Temperatura Media logarítmica para los intercambiadores de calor. Ejemplos.
La fuerza impulsora mediante la cual se transfiere el calor. En el intercambiador
los fluidos pueden viajar en contracorriente, paralelo, flujo cruzado o una
combinación de ellas, experimentado variaciones de temperatura que no son
lineales a lo largo de su recorrido en el intercambiador.
La temperatura entre los fluidos diferirá punto a punto en el intercambiador.
Mediante un balance diferencial de energía en un punto del intercambiador; se
llega a la conclusión de que el promedio logarítmico de la diferencia de
temperaturas de los extremos del intercambiador representa la verdadera fuerza
impulsora de un intercambiador en contracorriente o en paralelo, siendo a su vez
estas medias logarítmicas para cada tipo de flujo diferentes.

8. Ejemplo:
Contracorriente
Fluido Caliente Fluido Frio
300 F entra 100 F sale
200 F Sale 150 F sale
LMTD
(300−150)−(200 −100)
( 𝐿𝑀𝑇𝐷 )
(300 −150)
100
200⁄
≞
LMTD = 123.32 °F
8.- Procedimientos de los cálculos de las variables, utilizando el método del
Número de Unidades Térmicas para los intercambiadores de calor. Ejemplos
Se usa el cálculo de intercambiadores de calor para determinar las temperaturas
finales de los fluidos de trabajo cuando se dispone de un intercambiador o se
conoce su superficie de intercambio, como sucede cuando se quiere seleccionar,
para un determinado uso, un intercambiador entre varios disponibles o se desea
utilizar un intercambiador para un uso diferente de aquel para el que se diseñó.
Se podría utilizar el método de cálculo tradicional, basado en el balance de
energía y las ecuaciones de transmisión de calor, pero si se desconocen las
temperaturas de salida de los fluidos, habría que hacerlo iterativamente,
presuponiéndolas y comprobando posteriormente el resultado. Si no se consigue
la suficiente aproximación habrá que repetir el cálculo.
Problemas.
1) Un condensador opera con vapor condensante en el lado de la coraza a 27°C.
El agua de enfriamiento entra a 5°C y sale a 10°C. Si el coeficiente total de
transferencia de calor es de 5000 W/m2°C con base en la superficie del tubo
exterior. Determine la transferencia de calor y elmétodo del Número de Unidades
Térmicas en las superficies del tubo exterior.

10. 9.- Calculo de la Eficiencia utilizando las diferentes condiciones de trabajo para los
intercambiadores de calor
En muchas situaciones lo único que se conoce es la descripción física del
intercambiador, como el número y tamaño de los tubos, número de pasos de
tubos, número de pasos por la carcasa, etc., y las temperaturas de entrada de los
fluidos TC1 y TF1. Se puede obtener una ecuación de la transferencia de calor en
la que no intervenga ninguna de las temperaturas de salida de los fluidos,
haciendo uso del concepto de eficacia e del intercambiador que se define en la
siguiente forma:
e =
velocidad real detransferencia en unintercambiador determinad
𝑇𝐶
velocidad maxima posible de un intercambiador de calor
La eficiencia se calcula cuando la velocidad de transferencia térmica real, que es
la absorbida por el fluido que se calienta, con la velocidad de transferencia térmica
máxima que podría transmitirse en un intercambiador en contracorriente de
superficie de intercambio infinita, cuyos límites viene impuestos por el Segundo
Principio de la Termodinámica, que tiene en cuenta los focos térmicos a las
temperaturas extremas TF1 (foco frío) y TC1 (foco caliente).
10.- Aplicación y procedimientos del Mantenimiento Preventivo y Correctivo de los
intercambiadores de calor, tomando en cuenta la precaución de la seguridad
industrial.
Los intercambiadores de calor no vienen acompañados siempre de sus síntomas
notables tales como fallas o fugaz, existen problemas fáciles de tratar, otros por lo
contrario acarrean problemas grandes que afectan la efectividad lo que ocasiona
mayor consumo de energía y baja de rendimiento, la suciedad, y otros tipos de
contaminación pueden dañar equipos y causar fallas en otros equipos.
Si las medidas y las inspecciones indican que está garantizada la limpieza y el
cambio de juntas, se pueden prevenir daños a las placas costosas con solo hacer
bien las cosas. El daño de las placas conduce a fugas, funcionamiento defectuoso
y menor vida útil del equipo.
Algunos delos pasos para el mantenimiento preventivo y correctivo son los
siguientes:
* En aplicaciones con vapor, nunca se debe dejar el vapor encendido con el lado
del líquido apagado. El vapor se debe apagar primero y encender último.
*En caso de sospecha de golpe, se debe diagnosticar y eliminar el problema, de lo
contrario es posible que se ocasionen daños.

11. * Siempre se deben encender las bombas con las válvulas cerradas.
* Las válvulas deben estar configuradas para abrirse y cerrarse gradualmente. Si
se abre y cierra las válvulas de manera repentina, el intercambiador sufrirá un
choque térmico y mecánico, que puede ocasionar la fatiga de los materiales.
El arranque y la parada de los equipos se deben realizar de modo que se minimice
la expansión diferencial. Siguiendo los pasos indicados de arranque y parada en
orden.

12. Referencias Bibliográficas
Hollman, j. p. “transferencia de calor”. Editorial mc grawhill. 8° edición
Principios y transferencia de calor. kreith, f.; bohn, m.s. ed: thomson paraninfo
2002.
Fundamentos de termodinámica técnica. moran, m.j; shapiro, h.n. ed.: reverté
2004
Procesos de transferencia de calor. donald q. kern. ed: mcgraw-hill. 2000.

13. Conclusión
Debe quedar claro que la función de los intercambiadores de calor es la
transferencia de calor, donde los fluidos involucrados deben estar a temperaturas
diferentes. Se debe tener en mente que el calor sólo se transfiere en una sola
dirección, del fluido con mayor temperatura hacia el fluido de menor temperatura.
Los intercambiadores de calor se presentan en inimaginable variedad de formas y
tamaños. Para los mismos lo utilizado para describir sus variables y cálculos se
define mediante diferentes normas y terminologías que a su vez se rigen por
códigos. Gracias a la implementación de códigos, normas y metodologías los
intercambiadores pueden ser clasificados o categorizados según su
funcionamiento, construcción, y utilidad.
Los intercambiadores de calor no vienen acompañados siempre de sus síntomas
notables tales como fallas o fugaz, mediante las medidas y las inspecciones de un
buen mantenimiento correctivo y preventivosongarantizadas la limpieza y se
pueden prevenir daños, evitando así el funcionamiento defectuoso y menor vida
útil del equipo.