1. Universidad Nacional Experimental
“Francisco de Miranda”
Programa de Ingeniería Química
Unidad Curricular: Operaciones Unitarias I
Prof. Ing. Mahuli González

2. INTERCAMBIADORES DE CALOR
Equipos donde se realiza el fenómeno de transporte
de transferencia de calor entre dos fluidos

3. Condensador
Calentador Rehervidor
Refrigerador SEGÚN SU SERVICIO Sobrecalentador
Enfriador Vaporizador
Generador de Vapor

4. SEGÚN SU CONFIGURACIÓN Y CONSTRUCCIÓN
Intercambiadores Tipo Carcasa
Intercambiadores de Doble Tubo

5. Enfriadores de Aire
Intercambiadores en Forma Espiral

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

7. Intercambiadores de carcaza y tubo
Boquilla para los tubos
Boquilla de la carcaza
Carcaza cilíndrica Deflectores
Tubos longitudinales
Placa de tubos
Boquilla para los tubos
Deflectores transversales
(baffles)
Boquilla de la carcaza

8. Clasificación de intercambiadores
de carcaza y tubo
Se diseñan
Intercambiadores de Según estándares publicados por
carcaza y tubo Asociación de Fabricantes de
intercambiadores tubulares
TEMA: Tubular Exchanger Manufacturers Association
Clase R Clase C Clase B
Propósitos generales
Petróleo y aplicaciones Procesos químicos
relacionadas

9. Clasificación de intercambiadores
de carcaza y tubo
Designación de intercambiadores XXX

10. Clasificación de intercambiadores
de carcaza y tubo
De Cabezal flotante:
Tiene una sola placa de tubos
sujeta a la carcaza
Según su construcción
mecánica
Tubos en forma de U: De cabezal fijo:
Tienen solo una placa donde se Tienen las dos placas de tubos
insertan los tubos en forma de U soldadas a la carcaza

11. Clasificación de intercambiadores
de carcaza y tubo
De cabezal flotante
Tipo AES
Tubos en forma de U
Tipo CFU
De Cabezal fijo
Tipo BEM

12. Elementos del intercambiador
de carcaza y tubo
Proporcionan la superficie de transferencia de calor entre un fluido
TUBOS
que fluye dentro de ellos y otro que fluye sobre su superficie externa
Se encuentran disponibles en varios metales como:
acero de bajo carbono, cobre, aluminio, 70-30 cobre-níquel, acero inoxidable
Arreglo triangular Arreglo triangular rotado
El fluido de la carcaza debe ser limpio
El arreglo triangular rotado raramente se usa por las altas caídas de presión
que generan

13. Elementos del intercambiador
de carcaza y tubo
Arreglo cuadrado Arreglo cuadrado rotado
El fluido de la carcaza debe ser sucio
Se prefiere cuando la limpieza mecánica es critica
Espaciado de tubos (Pitch) 〉 1.25*Diámetro externo del tubo
• En las refinerías se prefieren tubos de 20 pie de longitud
• Los haces no removibles usan siempre arreglos triangulares (30°)

14. Elementos del intercambiador
de carcaza y tubo
DEFLECTORES
Soportar el haz de tubos.
Restringir la vibración de los tubos debido a los choques con el fluido.
Canalizar el flujo de fluidos por la carcasa originando turbulencia para lograr mayores
efectos de trasferencia de calor.

15. Elementos del intercambiador
de carcaza y tubo
Tipos de Deflectores
Segmentado La altura de la ventana expresada como un
porcentaje del diámetro de la carcasa, se de
nomina CORTE DEL DEFLECTOR.
Para deflectores segmentados el corte está
entre 15-40%
El mejor resultado se obtiene con 25% de corte.
Doble Segmentado Distancia centro a centro entre
deflectores adyacentes
B
1/5 DC < B > DC

16. Elementos del intercambiador
de carcaza y tubo
TIPO E TIPO F
Un paso por la carcasa Dos paso por la carcasa con bafle longitudinal

17. Elementos del intercambiador
de carcaza y tubo
Selección del fluido por los tubos
Fluidos mas corrosivos
Fluidos con mayor tendencia a la formación de depósitos
Fluido caliente
Corriente de mayor presión
El menos viscoso de los 2 fluidos

18. ETAPAS PARA LA TRANSFERENCIA DE CALOR Ti > To
1. Convección desde el fluido en el interior del tubo hasta las paredes del mismo.
1
Ri =
hi. Ai
2. Conducción del interior al exterior del tubo.
Ln (ro / ri )
Rcond =
2.π .K .L
3. Convección desde el exteriordel tubo al fluido.
1
Ro = Rtotal =
1
+
Ln(ro / ri)
+
1
ho. Ao hi. Ai 2.π .K .L ho. Ao

19. RESISTENCIA AL ENSUCIAMIENTO INTERNA Y EXTERNA
1 Ln(ro / ri ) 1
Rtotal = + +
hi. Ai 2.π .K .L ho. Ao
1 ri Ln (ro / ri ) ro 1
Rtotal = + + + +
hi. Ai Ai 2.π .K .L Ao ho. Ao
COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR TOTAL
1
= U * . A*
Rtotal
* Basado en cualquier área

20. 1
U* =
A* A*.ri A* .Ln(ro / ri ) A*.ro A*
+ + + +
hi. Ai Ai 2.π .K .L Ao ho. Ao
REFERIDA AL ÁREA EXTERNA
1
Uo =
Ao Ao.ri Ao.Ln(ro / ri ) 1
+ + + ro +
hi. Ai Ai 2.π .K .L ho
COEFICIENTE LIMPIO DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Es el coeficiente total que puede esperarse cuando un intercambiador nuevo se coloc
a por primera vez en servicio.

21. Resistencia por ensuciamiento debido a lubricantes y corrosión
1 h. pie 2 .° F
= Rio + Ro + rw + F1 donde F1 = 0.0001
Uc BTU
Relación Uo y Uc
Relación básica que sirve para
calcular los intercambiadores de calor
1
= Rio + Ro + rw + F1
Uc Q = U . A.ΔT
1 1
= + rio + ro − F1
Uo Uc
Uc > Uo siempre

22. Diferencia de temperatura media logarítmica
La verdadera fuerza impulsora
mediante la cual se transfiere el calor
Disposición de fluidos
Flujo en Paralelo o Cocorriente Contracorriente

23. Intercambiador de doble tubo en contracorriente
T
w Ti
Ti
w w ti to
to
w To
To ti
0 L
(Ti - t o ) - (To - t i )
LMTD =
⎛ T - to ⎞
ln⎜ i ⎟
⎝ To - t i ⎠
Termodinámicamente es una disposición superior a cualquier otra .

24. Cuando hay combinados de flujos, como en un intercambiador distinto de 1:1
MTD
Ft =
LMTD
Ft =1 Flujo equivalente a contracorriente
Para cualquier arreglo, FT < 0.75 Inaceptable

25. FACTOR DE CORRECCIÓN DE LA LMTD (INTERCAMBIADOR 1-2)

27. Procedimiento general de diseño
Calcular la cantidad de calor intercambiado (Q)
Q = m * Cps * (Ti − To) = m * Cpt * (ti − to)
Calcular la diferencia de temperatura media efectiva
MTD = Ft * LMTD
Asumir el coeficiente global de transferencia de calor Uo
Calcular el área basada en Uo supuesto

28. Procedimiento general de diseño
Determinar las dimensiones físicas del intercambiador a partir del área calculada
Calcular el coeficiente global de transferencia de calor Uo
1
Uo =
Ao Ao.ri Ao.Ln(ro / ri ) 1
+ + + ro +
hi. Ai Ai 2.π .K .L ho
Calcular la caída de presión a través del intercambiador
Calcular el área de transferencia basada en Uo calculado y MTD
Comparación del área de transferencia calculada con el paso anterior
Repetir los cálculos hasta igualar las área de transferencia