Intercambiadores de Calor

República Bolivariana de Venezuela
Ministerio para el poder popular para la Educación superior, Ciencia y tecnología
Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”
Sede Cabimas. Edo Zulia
Integrantes:
Isamar Scandel CI: 17.821.587.
Ambar Guerrero CI: 24.485.098.
Jesús Graterol CI: 23.893.094.
Pedro Marcano CI: 23.469.457
Cabimas, Octubre del 2016.

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

INTRODUCCIÓN
En nuestra formación como ingenieros existen procesos y fenómenos básicos
que debemos estudiar, la transferencia de calor es uno de ellos, ya que se
encuentra presente en todos los procesos industriales. Mediante la transferencia
de calor se consiguen ahorros de costos energéticos y además se logra un
máximo aprovechamiento de la energía ya disponible en el sistema, esto
principalmente gracias a los intercambiadores de calor, los cuales a través de la
transferencia de calor entre fluidos permiten refrigerar o calentar fluidos y
recircularlos para ser nuevamente utilizados en el mismo proceso. A continuación
detallaremos la experiencia que realizamos basada en el funcionamiento de este
importante dispositivo
Los Intercambiadores de Calor son aparatos que permiten el calentamiento o
enfriamiento de un fluido (líquido o gas) por medio de otro fluido a diferente
temperatura y separado por una pared metálica. La mayoría de las industrias
químicas la trasmisión de calor se efectúa por medio de intercambiadores de calor
y el más común de todos es el formado por dos tubos concéntricos, por uno de los
cuales pasa el líquido a enfriar y por otro se hace circular la corriente refrigerante.
Las Calderas son transformadores de energía térmica capaces de transferir de
forma conveniente el calor producido por una combustión o generado por otro
fenómeno químico o físico a un fluido (generalmente agua) destinado a ceder la
energía recibida en forma térmica o mecánica y luego utilizada en múltiples
empleos. Las Calderas industriales son instalaciones mucho más complicadas y
transforman la energía térmica que en ellas se genera en energía potencial
mecánica, ya que su fluido está destinado a desarrollar trabajo mecánico, y sale
en forma de vapor. La Gran energía contenida en el vapor puede ser liberada en
forma de trabajo de expansión y equivale a la energía térmica cedida por la
caldera al fluido. Con mucha propiedad las calderas industriales se denominan
Generadores de Vapor.

1.- Uso de los Intercambiadores de Calor en la Industria
Los intercambiadores de calor son aparatos que facilitan el intercambio de calor
entre dos fluidos que se encuentran a temperaturas diferentes y evitan al mismo
tiempo que se mezclen entre sí. En la práctica, los intercambiadores de calor son
de uso común en una amplia variedad de aplicaciones, desde los sistemas
domésticos de calefacción y acondicionamiento del aire hasta los procesos
químicos y la producción de energía en las plantas grandes. Los intercambiadores
de calor difieren de las cámaras de mezclado en el sentido de que no permiten
que se combinen los dos fluidos que intervienen.
Los intercambiadores de calor son ampliamente utilizados en la industria
alimentaria, para calentamiento y enfriamiento de productos, en sistemas de
esterilización, pasteurización, desactivación enzimática, etc. También son
utilizados en estas industrias para procesos auxiliares de calentamientos de agua,
generación de vapor, recuperadores, enfriadores de fluidos etc. El desarrollo de
alimentos - aceites, salsas, ovoproductos, conservas, compotas, mermeladas,
productos lácteos, pescados y mariscos, etc. - está sujeta a exigencias de higiene
que requieren soluciones personalizadas fácilmente lavables, controlables, que
respeten la integridad de los productos y estén conformes con las normas
alimentarias vigentes
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 precalentadores o enfriamiento de fluidos.
Ejemplos de algunos intercambiadores de calor utilizados en la industria
Precalentador
En sistemas de vapor de gran escala, o en sistemas donde se requieren
grandes temperaturas, el fluido de entrada es comúnmente precalentado en
etapas, en lugar de tratar de calentar dicho fluido en una sola etapa desde el
ambiente hasta la temperatura final. El precalentamiento en etapas incrementa la
eficiencia de la planta y minimiza el choque térmico de los componentes, que es el
caso de inyectar fluido a temperatura ambiente en una caldera u otro dispositivo
operando a alta temperatura. En el caso de sistemas de generación de vapor, una
porción del vapor generado es sustraído y utilizado como fuente de calor para
recalentar el agua de alimentación en etapas. Un ejemplo de la construcción y de
las componentes internas de un intercambiador de calor de agua de alimentación
con tubos en forma de "U" de una planta de generación de potencia para la etapa

del Precalentador. Al entrar el vapor al intercambiador de calor y fluir alrededor de
los tubos, éste transfiere su energía térmica y se condensa.
Condensadores de vapor
El condensador del vapor, es un componente importante del ciclo del vapor en
instalaciones de generación de potencia. Es un recinto cerrado en el cual el vapor
sale de la turbina y se fuerza para ceder su calor latente de la vaporización. Es un
componente necesario del ciclo del vapor por dos razones. La primera, convierte
el vapor usado nuevamente en agua para regresarla al generador o a la caldera
de vapor como agua de alimentación. Esto baja el costo operacional de la planta
permitiendo reutilizar el agua de alimentación, y resulta más fácil bombear un
líquido que el vapor. La segunda razón, aumenta la eficiencia del ciclo permitiendo
que el ciclo funcione opere con los gradientes más grandes posibles de
temperatura y presión entre la fuente de calor (caldera) y el sumidero de calor
(condensador).
2.- Tipos de intercambiadores de calor
Los intercambiadores de calor se pueden clasificar basándose en: clasificación por
la distribución de flujo. Tenemos cuatro tipos de configuraciones más comunes en
la trayectoria del flujo.
1) de doble tubo o tubos concéntricos: consta de dos tubos concéntricos En un
intercambiador de este tipo uno de los fluidos pasa por el tubo más pequeño,
en tanto que el otro lo hace por el espacio anular entre los dos tubos. En un
intercambiador de calor de doble tubo son posibles dos tipos de disposición del
flujo:
 En la distribución de flujo en paralelo, los fluidos caliente y frío, entran por el
mismo extremo del intercambiador, fluyen a través de él en la misma dirección
y salen por el otro extremo.
 En la distribución en contracorriente, los fluidos caliente y frío entran por los
extremos opuestos del intercambiador y fluyen en direcciones opuestas.
2) Compacto: La importancia relativa de criterios tales como potencia de bombeo,
costo, peso y tamaño de un intercambiador de calor varía mucho de una
instalación a otra, por lo tanto no es siempre posible generalizar tales criterios
con respecto a la clase de aplicación.
 En la distribución en flujo cruzado de un solo paso, un fluido se desplaza
dentro del intercambiador perpendicularmente a la trayectoria del otro fluido.

 En la distribución en flujo cruzado de paso múltiple, un fluido se desplaza
transversalmente en forma alternativa con respecto a la otra corriente de fluido.
3) Tubos y Coraza: Estos intercambiadores de calor contienen un gran número de
tubos (a veces varios cientos) empacados en una carcasa con sus ejes
paralelos al de éste. La transferencia de calor tiene lugar a medida que uno de
los fluidos se mueve por dentro de los tubos, en tanto que el otro se mueve por
fuera de éstos, pasando por la coraza. Es común la colocación de desviadores
en la coraza para forzar al fluido a moverse en dirección transversal a dicha
coraza con el fin de mejorar la transferencia de calor, y también para mantener
un espaciamiento uniforme entre los tubos. Las unidades conocidas con este
nombre están compuestas en esencia por tubos de sección circular montados
dentro de una coraza cilíndrica con sus ejes paralelos al aire de la coraza.
4) Placas y Armazón o solo placas: el cual consta de una serie de placas con
pasos corrugados y aplastados para el flujo. Los fluidos caliente y frío fluyen en
pasos alternados, de este modo cada corriente de fluido frío queda rodeada
por dos corrientes de fluido caliente, lo que da por resultado una transferencia
muy eficaz de calor. Asimismo, este tipo de intercambiadores pueden crecer al
aumentar la demanda de transferencia de calor sencillamente montando más
placas. Resultan muy apropiados para aplicaciones de intercambio de calor de
líquido hacia líquido, siempre que las corrientes de los fluidos caliente y frío se
encuentren más o menos a la misma presión.
3.- Terminología usada para describir las variables y cálculos en los
Q: Flujo de Calor.
Qmax: transferencia de calor máximo.
As = Área de superficie de transferencia de calor.
Ai= Área de la superficie interior de transferencia de calor.
Ao= Área de la superficie exterior de transferencia de calor.
U: Coeficiente total de transferencia de calor; W/ m^2.
hi y ho: Coeficiente de transferencia de calor por convección interna y externa.
R: Resistencias térmicas.
Rtotal: Resistencia térmica total
ΔT total: diferencia total de temperatura.
ΔTm: diferencia media de temperatura.
T= Temperatura
k = Conductividad térmica del material
T1 y T2 = Temperatura de fluido que rodea la aleta

LMTD: Diferencia media logarítmica de temperatura.
NTU: Método de la efectividad.
m: Caudal másico
C: Capacidad calórica.
c, m, mh : Gastos de masa
cpc, cph; Calores específicos
Tc, sal, Th, sal: Temperaturas de salida
Tc, ent, Th, ent: Temperaturas de entrada.
m: Rapidez de la evaporación o de la condensación del fluido
d: diametro
L =Longitud
h = Coeficiente convectivo del fluido
4.- Clasificación de los intercambiadores de calor según su funcionamiento,
construcción, y utilidad.
Los intercambiadores de calor en los procesos de producción de energía,
refrigeración, calefacción y acondicionamiento de aire, elaboración de alimentos,
elaboración de productos químicos, y el funcionamiento de casi todos los
vehículos dependen de diversos tipos de intercambiadores de calor. Estos son
dispositivos que facilitan la transferencia de calor de una corriente de fluido a otra.
Los intercambiadores se clasifican normalmente de acuerdo con el arreglo del flujo
y el tipo de construcción.
Intercambiador de calor de tubos concéntricos: Éste tipo consta de 2 tubos
concéntricos con el fluido circulando por el interior de la tubería y el otro por el
anillo anular formado en la concentridad de los tubos. Estos equipos
generalmente se diseñan en longitudes efectivas de 12, 15 y 20 pies de longitud.
La longitud efectiva es la distancia entre cada uno de los tramos sobre la que
ocurre la transferencia de calor. Flujo paralelo. Contraflujo.
Intercambiadores de calor de placas: Estos equipos consisten de una serie de
placas empaquetadas iguales, alineadas y sostenidas arriba y abajo por barras
guía entre 2 tapas rígidas o bastidores ensamblados juntos mediante tornillos o
por un elemento compresor hidráulicos Existe entre las placas un espacio libre
para el paso del fluido y estas se mantienen separadas a causa de las
corrugaciones o protuberancias.
Los fluidos circulan alternadamente entre el espacio interno de un orificio en un
extremo de la placa, el orificio correspondiente en el otro extremo. El calor es
transferido de esta forma a través de la superficie de la placa. Este equipo es fácil
de limpiar, ya que el pequeño volumen requerido y la elevada turbulencia aunada
a la ausencia de depósitos garantiza que los métodos de limpieza química sea

efectiva y si se requiere limpieza mecánica, se haría muy fácilmente ya que todas
las partes que están en contacto con los fluidos accesibles En estos equipos se
puede aumentar o reducir el número de placas, dando gran flexibilidad de
operación para diferentes capacidades, otra de sus ventajas es que ocupa muy
poco espacio.
Intercambiador de calor de flujo cruzado: Con aletas y ambos fluidos sin mezclar.
Sin aletas con un fluido mezclado y el otro sin mezclar.
Intercambiador de calor de tubos y coraza: Con un paso por la coraza y un paso
por los tubos (modo de operación contraflujo cruzado), Un paso por la coraza y
dos paso por los tubos. Dos pasos por la coraza y cuatro pasos por los tubos.
Cubiertas de intercambiadores de calor compactos: Tubo con aletas (tubos planos,
aletas de placa continuas). Tubo con aletas (tubos circulares, aletas de plata
continuas). Tubos con aletas (tubos circulares, aletas circulares). Aletas de placa
(un solo paso). Aletas de placa (multipaso).
Intercambiador de calor de lámina de cierre tubular fija: Se utilizan con mayor
frecuencia que los de cualquier otro tipo. Por lo común, se extienden más allá del
casco y sirven como bridas a alas que se sujetan con pernos los cabezales del
lado de los tubos. Utiliza una construcción de tipo de empaque ciego y éste no es
accesible al mantenimiento o el reemplazo, este tipo de unidad se utiliza para
condensadores superficiales de vapor, que funcionan en él vació. El cabezal de
lado del tubo se puede soldar a la lámina tubular, para cabezales de tipo C y N.
Este tipo de construcción es menos costosa que B y M o A y L, y le ofrece dé
todos modos la ventaja que los tubos se pueden examinar y reemplazar sin tocar
las conexiones de tuberías del lado del tubo. No hay limitaciones para el número
de pasos del lado de los tubos. Los tubos pueden llenar por completo el casco del
intercambiador de calor.
Intercambiador de calor de tubo en U; El haz de tubo consiste en una lámina
tubular estacionaria, tubos en U, desviadores o placas de soporte y espaciadores
y tirantes apropiados. El haz de tubo se puede retirar del casco del intercambiador.
Se proporciona un cabezal de lado del tubo y un casco con cubiertas integrada,
que se suelda al casco mismo. Cada tubo tiene libertad para dilatarse o
contraerse, sin limitaciones debidas a la posición de los otros tubos. Tiene la
ventaja de proporcionar franqueo mínimo entre el límite exterior e interior del
casco. para todas las construcciones de haces de tubos desmontables, reduce el
número de juntas. En la construcción para altas presiones, esta característica es
muy importante, puesto que reduce tanto el costo inicial como el de
mantenimiento.

El calentador de succión de tanque; contiene un haz de tubo en U. Este tipo de
diseño se utiliza con frecuencia en tanques de almacenamiento de aire libre, para
combustoleos pesados, alquitrán, melazas y fluidos similares, cuya viscosidad se
debe reducir para permitir el bombeo adecuado. Un extremo del casco del
calentador está abierto y el líquido que se calienta pasa por la parte externa de los
tubos.
Intercambiadores de anillo de cierre hidráulico; Esta construcción es la menos
costosa de los tipos de tubos y haz desmontable. Los fluidos del lado del casco y
el lado del tubo se retienen mediante anillos de empaque distintos separados por
un anillo de cierre hidráulico y se instalan en la lámina tubular flotante. Este tipo
lleva orificio de purga y luego cae al piso, las fugas en los empaques no darán
como resultado la mezcla de los dos fluidos al interior del intercambiador.
La anchura de la lámina tubular flotante tiene que ser suficientemente grande
para dejar margen para los empaques, el anillo de cierre hidráulico y la dilatación
diferencial. El espacio entre el franqueo entre el límite del tubo exterior y la parte
interior del casco, es ligeramente mayor para los intercambiadores de tubo en U y
el de lámina tubular fija. El uso de un faldón de lámina tubular flotante incrementa
este espacio de franqueo. Sin el faldón, el franqueo debe dejar un margen para la
distorsión de orificio tubular durante el laminado, cerca del borde exterior de la
lámina tubular o para la soldadura del extremo del tubo en la lámina tubular
flotante.
Intercambiador de cabezal flotante exterior; El fluido del casco se retiene mediante
anillos de empaque, que se comprimen dentro de un prensaestopas, mediante un
anillo seguidor de junta, esta construcción de haz desmontable acomoda la
expansión diferencial entre el casco y los tubos y se utiliza para servicio del lado
del casco. No hay limitaciones sobre el número de pasos del lado de los tubos o
su presión y su temperatura de diseño, este diseño se utiliza con mayor frecuencia
en las plantas químicas.
El faldón del casco y el tubo flotante, cuando está en contacto con los anillos
del empaque, tiene un acabado fino de maquinado. Se inserta un anillo dividido de
corte en una ranura de faldón de la lámina tubular flotante. Una brida de respaldo,
deslizante que se mantienen en servicio mediante una anillo de corte, se sujeta
con pernos en la cubierta exterior del cabezal flotante. La cubierta del cabezal
flotante suele ser un disco circular.
Intercambiador de cabezal flotante interno; El diseño del cabezal flotante interno
se utiliza mucho en las refinerías petroleras. El haz de tubo es desmontable y la
lámina tubular flotante se desplaza para acomodar diferentes dilataciones entre el

casco y los tubos. El límite de tubo exterior se acerca al diámetro interno del
empaque en la lámina tubular flotante. El anillo dividido des respaldo y un sistema
de pernos retiene, por lo común, la cubierta del cabezal flotante en la lámina
tubular flotante. Se sitúan más allá del casco y dentro de la cubierta del casco de
diámetro mayor. Esta última, el anillo dividido de apoyo y la cubierta del cabezal
flotador se deben retirar antes que pueda pasar el haz de tubos por el casco del
intercambiador.
Intercambiador de cabezal flotante extraíble; La fabricación es similar al anterior,
anillo dividido de respaldo, con la excepción de que la cubierta del cabezal flotador
se sujeta directamente con pernos en la lámina tubular flotante. El haz de tubos se
puede retirar del casco sin desmontar ni la cubierta ni el casco ni la del cabezal
flotador. Esta característica reduce el tiempo de mantenimiento durante la
inspección y las reparaciones. Es espacio grande de franqueo entre los tubos y el
casco deben dejar un margen tanto para el empaque como para la sujeción con
pernos a la cubierta del cabezal flotador. Con frecuencia se utilizan bandas
selladoras o tubos falsos para reducir la desviación del haz de tubo.
Intercambiador de lámina tubular fija con tubo acodado: Los tubos se instalan con
una ligera curva. La dilatación diferencial afecta la cantidad de acodamiento; pero
se eliminan la necesidad de una junta de expansión o una lámina tubular flotante.
Las secciones del evaporador se hacen de este modo y se produce el
desescamado al flexionarse los tubos.
Intercambiador de tubo de bayoneta; Este tipo de intercambiador es útil cuando
hay una diferencia de temperatura considerable entre los fluidos del lado del casco
y el del tubo, puesto que todas las partes sujetas a la dilatación diferencial tienen
libertad para moverse independientemente unas de otras. Esta construcción única
no sufre fallas debida a la congelación del condensado del vapor, puesto que el
vapor en el tubo interno de funcionamiento intermitente. Los costos son
relativamente altos, puesto que sólo los tubos de gas exteriores transmiten calor al
fluido del lado del casco. Los tubos internos no tienen soportes. Los extremos se
apoyan en placas de soporte o desviadores tradicionales.
Intercambiadores de tubo en espiral: Consisten en un grupo de serpientes
devanados en espiral, que se conectan en general mediante múltiples. Las
características incluyen el flujo a contracorriente, la eliminación de las dificultades
provocadas por la dilatación diferencial, un tamaño pequeño y una velocidad
constante.
Intercambiadores de membrana descendente. Los intercambiadores de calor de
casco y tubo de membrana descendente el fluido entran por la parte superior de

los tubos verticales. Los distribuidores o los tubos ranurados ponen el líquido en el
flujo de la membrana sobre la superficie de los tubos y la membrana se adhiere a
la superficie del tubo, mientras cae al fondo de él. La membrana se puede enfriar,
calentar, evaporar o congelar, con el medio apropiado de transferencia de calor
fuera de los tubos. Se usan diseños de láminas tubulares fijas, con o sin junta de
expansión y de cabezales exteriores empaquetados. Las ventajas, son el índice
elevado de transferencia de calor, la falla de caída de presión interna, el tiempo
breve de contacto, la facilidad de acceso a los tubos para su limpieza y, en
algunos casos, la prevención de las fugas de un lado al otro.
Intercambiadores de calor de teflón. Existen intercambiadores de calor de casco y
tubo de teflón con tubos de resina de fluorocarbono de teflón, químicamente
inerte. Los tubos mayores se utilizan primordialmente cuando las limitaciones de
caída de presión o las partículas reducen la eficiencia de los tubos menores. En
general, estos intercambiadores de calor funcionan con caídas más altas de
presión que las unidades tradiciones y son más apropiados para fluidos
relativamente limpios.
Puesto que son químicamente inertes, los tubos tienen muchas aplicaciones en
las que otros materiales se corroen. Los intercambiadores de calor son de paso
simple, con diseño de flujo a contracorriente y haces de tubos desmontables. Los
haces de tubos se componen de tubos rectos y flexibles de teflón, unidos unos a
otros en láminas tubulares integrados en forma de panal. Los tubos individuales se
separan mediante bandas de teflón a las que se sueldan. Los haces se sellan
dentro de los cascos mediante anillos en O y se pueden desmostar con facilidad
del casco.
Intercambiadores de tuberías dobles. Se utilizaron por muchos años, sobre todo
para índices de flujos bajos y gamas de temperaturas elevadas. Esas secciones
de tuberías dobles están bien adaptadas para aplicaciones a altas temperaturas y
presiones elevadas, debido a sus diámetros relativamente pequeños que permiten
el empleo de bridas pequeñas y secciones delgadas de paredes, en comparación
con los equipos ordinarios de casco y tubo.
5) Calculo de coeficiente total de transferencia de calor en los
En el análisis de los intercambiadores de calor resulta conveniente trabajar con
un coeficiente total de transferencia de calor U o una resistencia térmica total R
expresada como:

En donde los subíndices i y o se refieren a las superficies interior y exterior de
la pared que separa los dos fluidos, respectivamente. Cuando el espesor de la
pared del tubo es pequeño y la conductividad del material de tubo es elevada, la
última relación se simplifica para quedar
La ecuación para el coeficiente total de calor según Cengel es:
1/U= 1/hi + 1/ho
Donde; U= Ui =Uo. Los coeficientes de transferencia de calor por separado, de
adentro y de afuera del tubo, hi y ho, en donde hi y ho son los coeficientes de
transferencia de calor por convección interior y exterior del tubo, respectivamente,
los cuales se deben determinar usando las relaciones de la convección forzada.
Cuando en un problema de transferencia intervienen varias resistencias térmicas
en serie, en paralelo, o en combinación de ambas formas, es conveniente definir
un coeficiente de transferencia de calor total o conductancia global. El coeficiente
total de transferencia de calor (U) es un factor que para una configuración
geométrica o hidrodinámica dado, al multiplicarlo por el área del intercambio de
calor y por la diferencia total de temperatura se obtiene el calor total transferido.
Donde;
U: Coeficiente total de transferencia de calor, cuya unidad es W/m2 • °C, la cual
es idéntica a la unidad del coeficiente de convección común.
A: Área de superficie de transferencia de calor
D T total: Diferencia total de temperatura
6) Tipos de restricciones según los factores que afectan la funcionalidad de
los intercambiadores de calor.
 El intercambiador deberá tener el mínimo costo posible y cumplir con los
requerimientos mencionados.
 Tendría o debería tener una vida útil igual o menor al de la planta y que esta
puede ser de 5 a 20 años.

 Respetar las especificaciones de ingeniería y códigos estipulados, así como las
limitaciones establecidas en las dimensiones máximas del equipo (longitud
diámetro peso), ya que muchas veces las facilidades que cuentan las plantas
son limitadas como lo son, las grúas de baja capacidad, escaso equipo y/o
personal de mantenimiento, poco espacio para instalar el equipo o para
almacenar partes de repuesto.
 El intercambiador debe resistir las condiciones de operación de la planta, esto
incluye los esfuerzos mecánicos en la instalación, arranque, paros, operación
normal, emergencias, mantenimientos, esfuerzos térmicos inducidos por
choques térmicos y estar libre de vibraciones, deberá resistir a la corrosión
originada por las corrientes del proceso y servicio (así como las ambientales),
lo cual no depende exclusivamente de la selección del material sino también
del diseño mecánico del equipo.
 El intercambiador de calor debe ser de fácil mantenimiento lo cual implica el
seleccionar una configuración que permita la limpieza (por dentro y/o por fuera
de los tubos), el reemplazo de tubos y cualquier otro componente que pueda
ser vulnerable a la corrosión, erosión o vibración; este requerimiento debe
estar de acuerdo también con la disponibilidad de espacio
7) Procedimientos de los cálculos de las variables, utilizando el Método de la
Temperatura Media logarítmica para los intercambiadores de calor.
Ejemplos.
Al principio se mencionó que la diferencia de temperatura entre los fluidos caliente
y frío varía a lo largo del intercambiador de calor y resulta conveniente tener una
diferencia de temperatura media Tm para usarse en la relación
Con el fin de desarrollar una relación para la diferencia de temperatura promedio
equivalente entre los dos fluidos considérese el intercambiador de calor de doble
tubo y flujo paralelo sobrepasar la del caliente, sin importar cuán largo sea dicho
intercambiador.
En donde:

Es la diferencia media logarítmica de temperatura, que es la forma apropiada
de la diferencia de temperatura promedio que debe usarse en el análisis de los
intercambiadores de calor. En este caso, T1 y T2 representan la diferencia de
temperatura entre los dos fluidos en ambos extremos (de entrada y de salida) del
intercambiador. No existe diferencia con respecto a cuál de los extremos de éste
se designe como la entrada o la salida

8) Procedimientos de los cálculos de las variables, utilizando el método del
Número de Unidades Térmicas para los intercambiadores de calor.
Ejemplos.
El Método del Número de Unidades de Transferencia (NUT) se usa en 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 tradicional1 , 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.
Se empieza por calcular la capacidad calorífica C de ambos fluidos:
Método de la efectividad-NTU, el cual simplificó mucho el análisis de los
intercambiadores de calor. Este método se basa en un parámetro adimensional
llamado efectividad de la transferencia de calor e definido como:
La razón de la transferencia de calor real de un intercambiador de calor se
puede determinar con base en un balance de energía en los fluidos caliente y frío
y se puede expresar como:
Son las razones de capacidad calorífica de los fluidos frío y caliente,
respectivamente. Para determinar la razón máxima posible de la transferencia de
calor de un intercambiador, en primer lugar se reconoce que la diferencia de
temperatura máxima que se produce en él es la diferencia entre las temperaturas
de entrada de los fluidos caliente y frío; es decir

9) Calculo de la Eficiencia utilizando las diferentes condiciones de trabajo para los
Eficacia de 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
forma:
e = Velocidad real de transferencia de calor en un intercambiador determinado /
Velocidad máxima posible de transferencia de calor
La eficiencia e compara 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).
En un intercambiador en contracorriente de superficie de intercambio infinita
con CF < CC resulta que TF2 ®TC1, y el valor de: Qmáx= CF (TF2 - TF1) = CF
(TC1 - TF1)

En un intercambiador en contracorriente de superficie de intercambio infinita con
CC < CF resulta que TC2 ®TF1, y el valor de: Qmáx= CC (TC1 - TC2) = CC (TC1
- TF1).
Por lo que si se pone que Cmín = mín (CC, CF), resulta que la máxima
transferencia de calor en cualquier tipo de intercambiador es:
Qmáx = Cmín (TC1 - TF1 )
Observándose que es la corriente cuya capacidad térmica de flujo es menor la que
establece el límite de la cantidad de calor que se puede transferir. En
consecuencia se puede poner:
e = Q / Qmáx = Q / C mín (TC1 - TF1 ) = C F (TF2 - TF1 ) / C mín (TC1 - TF1 ) = C
C (TC1 - TC2 ) / C mín (TC1 - TF1 )
10) Aplicación y procedimientos del Mantenimiento Preventivo y Correctivo
de los intercambiadores de calor, tomando en cuenta la precaución de la
seguridad industrial
Los problemas los intercambiadores de calor no siempre vienen acompañados
de los síntomas obvios, como fugas o mezcla de canales. Algunos problemas son
menores pero progresivos, lo que ocasiona mayor consumo de energía y
variabilidad de rendimiento. La suciedad, los depósitos, el sarro y otros tipos de
contaminación perjudican a los intercambiadores de calor de placas, ya que les
restan eficiencia y, además, pueden dañar equipos costosos y causar tiempos de
inactividad no programados para realizar las reparaciones.
Los datos de procesos del intercambiador de calor no se pueden estimar en el
análisis y la solución de problemas de rendimiento. Los datos relacionados con la
presión, la velocidad de flujo y la temperatura de las entradas y salidas de los
canales pueden indicar problemas con el flujo de entrada o salida. Vale la pena
gastar en los costos de instalación relacionados con la instrumentación, en
especial, de los intercambiadores esenciales para los procesos que asisten a los
operadores de señales cuando el proceso está por tornarse incontrolable. 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.
Procedimientos operativos estándar de los intercambiadores de calor
Los principios operativos estándar son de vital importancia para evitar daños a la
unidad:

1. En aplicaciones con vapor, nunca deje el vapor encendido con el lado del
líquido apagado. El vapor de debe apagar primero y encender último.
2. En caso de sospecha de golpe de ariete, se debe diagnosticar y eliminar el
problema, de lo contrario es posible que se ocasionen daños.
3. Siempre se deben encender las bombas con las válvulas cerradas.
4. Las válvulas deben estar configuradas para abrirse y cerrarse gradualmente. Si
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. Signa los pasos indicados de arranque y parada en
orden.
Mantenimiento de los intercambiadores de calor de placas
El mantenimiento del intercambiador de calor es de vital importancia para el
capacidad de control y la eficacia energética. Los gerentes de operaciones
rápidamente detectarán un problema y se comunicarán con usted. Entre los
problemas típicos, encontramos quejas relacionadas con la comodidad del interior,
productos no conformes a la norma, aumentos en las facturas de servicios
públicos y problemas relacionados. Los diagnósticos metódicos ahorrarán tiempo
y evitarán desperdiciar esfuerzos. Estas pautas deben estar incluidas en los
manuales de funcionamiento y mantenimiento de su intercambiador de calor.

CONCLUSION
Los intercambiadores de calor son equipos utilizados esencialmente para el
intercambio de calor entre dos fluidos a diferentes temperaturas. Para el análisis y
entendimiento de cada uno de los tipos de intercambiadores es muy necesario
identificar cada uno de ellos de acuerdo a su operación, fabricación y superficie de
intercambio. Es evidente entonces que los diferentes tipos de intercambiadores
utilizan esencialmente principios básicos de intercambio de calor, como la
conducción y convección. La utilización de los intercambiadores de calor en la
industria se puede ahorrar energía lo cual implica costos y mantener las
propiedades de tratamiento de los fluidos los mismos que coadyuvan el óptimo
desempeño de las máquinas y equipos.
Sin lugar a duda, el calor es la energía que se transfiere entre dos cuerpos
debido a una diferencia de temperatura. Este proceso se lleva acabo cuando el de
mayor temperatura pasa su energía a un cuerpo de hasta que los dos tengan la
misma temperatura, la forma de transferir el calor puede ser por conducción,
convección y radiación.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Y, Cengel., A, Ghajar. (2012). Transferencia de Calor y masa. Fundamentos y
aplicaciones. 4ta edición. Tipo Libro.
HOLLMAN, J. P. “TRANSFERENCIA DE CALOR”. Editorial Mc GRAW HILL. 8°
Edición
http://www.unet.edu.ve/~fenomeno/F_DE_T-165.htm.
http://html.rincondelvago.com/intercambiadores-de-calor_2.html
https://lopezva.files.wordpress.com/2011/10/intercambiadores-metodo-de-la-
eficiencia.pdf

Intercambiadores de Calor

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