Este documento trata sobre el diseño térmico de intercambiadores de calor. Explica conceptos clave como los números adimensionales de Nusselt, Reynolds y Prandtl. También describe diferentes tipos de intercambiadores de calor como los tubulares, de placas y de superficies extendidas, así como métodos para su cálculo y diseño como el método de la DMLT. Finalmente, proporciona consideraciones de diseño generales para intercambiadores de calor tubulares.

1. Capítulo III
DISEÑO TERMICO DE
INTERCAMBIADORES DE CALOR:

2. 3.1 INTRODUCCION

3. Números adimensionales importantes
Número de Nusselt
Número de Reynolds
Número de Prandtl
Coeficiente de difusividad
térmica
Diámetro hidráulico

4. FORMULAS EMPIRICAS PARA CONVECCIÒN FORZADA en TUBOS
Ecuación de Seider y
Tate
Ecuación de Petukov
Ecuación de Hilper

5. PROCESO DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN UN TUBO

6. 3.2.- CLASIFICACIÓN DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR.
• Dirección relativa de los flujos
a) Flujo Paralelo
b) Contraflujo
c) Flujo cruzado
d) Mixto
• Si los fluidos se mezclan o no
a) Contacto directo (De mezcla).
b) De contacto Indirecto (De superficie).

7. • Recuperadores y regeneradores
a) Recuperadores. Son aquellos en los cuales una
corriente de flujo A, recupera calor de un corriente
B. La mayoría de los intercambiadores de calor son
de este tipo.
b) b) Regeneradores. Son aquellos que transmiten el
calor mediante un elemento adicional generalmente
una matriz, que primero esta en contacto con uno
de los fluidos y posteriormente con el otro

8. • Dependiendo de su geometría
a) Tubulares.
b) Placas.
c) Superficies extendidas.

11. Si el fluido principal cambia de fase
a) no cambia de fase
b) cambia de fase

12. 3.3.- INTERCAMBIADORES DE CONTACTO DIRECTO.
2
2
1
1
3
3 h
m
h
m
m
h
o
o
o
+
≡
a) Desaireador tipo Pulverización ó Spray-Scrubber
b) b) Desaireador de bandejas ó Spray-Tray
La principal diferencia es que los desaireadores de bandejas
permiten trabajar con una diferencia de temperatura entre agua
y vapor muy baja (hasta 5º C) frente a los 14º C de los
Desaireadores de pulverización. La pérdida de carga en los de
bandejas es nula por lo que su rendimiento es mayor

13. Desaireador tipo Spray-Scrubber

15. Desaireador tipo Spray-Tray

17. • Spray-Tray Deaerator
• Ecodyne's Spray-Tray Deaerator incorporates many exclusive design
features that assure efficient and complete deaeration while at the
same time offering rugged, corrosion-free construction.Self-
adjusting spring-loaded spray valves provide a uniform spray
pattern over varying loads. Increased spray distance ensures
maximum heating and deaeration in the first stage. Upward flow of
steam counter to the downward flow of water provides final
contact of the deaerated water with the purest and hottest steam.
Stainless steel tray enclosure and shroud ensures that non-
condensable gases do not contact the carbon steel shell. Liberally
sized equalizers pass flashing steam between heater and storage
vessels under upset conditions. Optimum space below the tray
stack provides reduced steam velocities and an even distribution.
All of these special design features combine to produce a deaerated
feedwater having a guaranteed oxygen content of 0.005 mL/L or
less.

18. Otros tipos

20. 3.4 INTERCAMBIADORES CERRADOS O DE
SUPERFICIE

23. Calentador de Agua de Alimentación de
Baja Presión

26. Calentador de Agua de Alimentación de
Alta Presión

38. Método de la DMLT
c
o
m
f
o
m
B
A
Área de transferencia
de calor
Tcs
Tfs
Tce
Tfe
ΔTB
ΔTA
ΔT
-dTc
dTf
dA
( )
DMLT
A
U
q =
B
A
B
A
T
T
T
T
DMLT
Δ
Δ
Δ
−
Δ
=
ln

39. Intercambiador de calor de flujo
cruzado
ef
ec
sc
ec
T
T
T
T
P
−
−
=
sc
ec
ef
sf
T
T
T
T
R
−
−
=

41. 3.5.- CÁLCULO DE LA SUPERFICIE DE
CALEFACCIÓN
T
U
q
A
Δ
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
+
=
0
0
0
0 1
)
/
ln(
1
1
h
k
r
r
r
h
r
r
U
i
i
i

45. La eficiencia de un intercambiador de calor:

46. Método NUT

50. 3.6.- CÁLCULO DE LA LONGITUD Y NÚMERO DE TUBOS

56. Nomenclatura a los intercambiadores de calor tubulares

60. Consideraciones generales de diseño.
• Cuando se requiere la construcción con alguna aleación especial para alguno de
los fluidos, una coraza de acero al carbón, combinada con piezas tubulares de
la aleación que se trate, será menos costosa.
• El fluido del lado de los tubos es más corrosivo, o esta más sucio o a una
presión más alta.
• El fluido del lado coraza, es un líquido de viscosidad alta, o bien un gas.
• La limpieza en el interior de tubos se hace más fácil que en el exterior.
• Para presiones manométricas de más de 2068 kPa (300 lbf/in2
) para uno de los
fluidos, la construcción menos costosa coloca al fluido de presión elevada en
los tubos.
• Las presiones y las temperaturas de diseño para los Intercambiadores de Calor
se especifican por lo común con un margen de seguridad que va más allá de las
condiciones esperadas de servicio. La presión de diseño suele ser en general
aproximadamente 172 kPa (25lbf/in2
) mayor que la máxima esperada durante
el funcionamiento o al detenerse la bomba. La temperatura de diseño es por
común de 14°C (25°F) más alta que la temperatura máxima de servicio.

61. • Los diámetros comerciales para los tubos son: ¼, 3/8, ½,
5/8, ¾, 1, 1 ¼, y 1 1/2 in.
• El espesor de la pared se mide en unidades de calibre de
alambre de Birmingham (BWG).
• Longitudes de los tubos: 8, 10, 12, 16 y 20 ft.
• Las corazas de los intercambiadores de calor se hacen en
general, con tuberías de acero de pared estándar, en tamaños
que van hasta 12 in de diámetro; de paredes de 3/8” en
tamaños de 14 a 24 in y de placas de acero laminada a
intervalos discretos, en tamaños mayores.
• Espaciamiento mínimo de deflectores es de 1/5 del diámetro
de la caraza y no menos de 2 in.
• Espaciamiento máximo de tubos sin soporte en pulgadas, es
de 74 Do
0.75. El tramo de tubos sin apoyos se reduce en cerca
de 12% para el aluminio, el cobre y sus aleaciones.

65. Limpieza