El documento analiza y compara la eficiencia de transferencia de calor de tres configuraciones de intercambiadores de calor: tubos y coraza, tubos concéntricos y placas. Se midió la variación de temperatura del agua fría y caliente en cada configuración manteniendo constantes los flujos y temperaturas de alimentación. Los resultados mostraron que el intercambiador de tubos y coraza tuvo la mayor eficiencia, seguido por el de tubos concéntricos y luego el de placas. La eficiencia depende de la

1. ANALISIS Y COMPARACION DEL PROCESO DE INTERCAMBIO ENERGETICO EN
DIFERENTES CONFIGURACIONES DE INERCAMBIADORES DE CALOR
Didier Rodríguez, Yorman Zambrano, Wilfred Jara
Departamento de Ingeniería Química, Operaciones de Transferencia de Masa II; Universidad de
Pamplona - Colombia, Noviembre de 2015
RESUMEN
Tres diferentes configuraciones de intercambiadores de calor con flujo a contracorriente fueron
evaluadas para analizar su eficiencia de transferencia de calor por unidad de área superficial y
comparar su desempeño, ventajas y desventajas al momento de tomar una posible decisión en la
correcta selección de estos a escala industrial.
Las configuraciones de intercambio utilizadas fueron un intercambiador de tubo y coraza, un
intercambiador de placas y un intercambiador de tubos concéntricos, para las cuales se utilizó
agua como fluido de intercambio tanto en el flujo frio como en el flujo caliente.
Se monitoreo en el tiempo la variación de la temperatura de cada fluido en el transcurso del
recorrido dentro del sistema, manteniendo los flujos de agua fría y caliente constantes, así como
las temperaturas de alimentación de cada flujo.
En los tres intercambiadores se utilizaron las mismas temperaturas fría y caliente de
alimentación y de igual manera se mantuvieron constantes los flujos.
Palabras Clave: Intercambiador de Calor, Tubo y coraza, tubos concéntricos, placas,
transferencia, calor, contracorriente.
ABSTRACT
Three different configurations of heat exchangers with countercurrent flow were evaluated to
analyze the efficiency of heat transfer per unit surface area and compare their performance,
advantages and disadvantages when making any decision on the correct selection of these
industrial scales.
Exchange configurations used were one shell and tube exchanger, a plate heat exchanger and a
heat exchanger concentric tubes, to which water was used as exchange fluid flow in both cold and
hot flow.
Varying the temperature of each fluid during travel within the monitoring system in time,
keeping the flows constant hot and cold water and supply temperatures of each flow.
In the three exchangers the same hot and cold feed temperatures and similarly flows used were
kept constant.
Keywords: Heat exchanger, shell and tube, concentric tubes, plates, transfer heat counter

2. 1. INTRODUCCION
En los sistemas mecánicos, químicos, nucleares
y otros, ocurre que el calor debe ser transferido
de un lugar a otro, o bien, de un fluido a otro.
Los intercambiadores de calor son los
dispositivos que permiten realizar dicha tarea.
Los intercambiadores de calor son dispositivos
que permiten remover calor de un punto a otro
de manera específica en una determinada
aplicación.
De acuerdo al flujo Se presentan dos tipos de
intercambiadores de calor : flujo paralelo y
contracorriente.
Con base en su construcción: tubos y coraza;
placas y tubos concéntricos.
Los intercambiadores pueden ser de paso
simple o de múltiples pasos de acuerdo al
recorrido del flujo.
Entre las principales razones por las que se
utilizan los intercambiadores de calor se
encuentran las siguientes:
• Calentar un fluido frío mediante un fluido con
mayor temperatura.
• Reducir la temperatura de un fluido mediante
un fluido con menor temperatura.
• Llevar al punto de ebullición a un fluido
mediante un fluido con mayor temperatura.
• Condensar un fluido en estado gaseoso por
medio de un fluido frío.
• Llevar al punto de ebullición a un fluido
mientras se condensa un fluido gaseoso con
mayor temperatura.
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. MATERIALES Y METODOS
Para el desarrollo de la práctica, se utilizó un
módulo de servicio educativo con unidades
intercambiables de demostración de
intercambio de calor TECQUIPMENT, modelo TQ
TD360, Proporcionado Por el laboratorio de
operaciones de transferencia de masa del
departamento de ingeniería química de la
universidad de Pamplona.
Imagen 1. Panel TECQUIPMENT, modelo TQ TD360
Las unidades intercambiables fueron un
intercambiador de tubos y coraza, un
intercambiador de tubos concéntricos y un
intercambiador de placas.
El fluido de intercambio fue agua pura,
alimentada directamente del sistema de aguas
de la universidad para los laboratorios.
En una primera fase se utilizó el intercambiador
de tubos concéntricos, el cual fue montado al
sistema con circulación de flujos en
contracorriente.
Imagen 2. Intercambiador de tubos concéntricos 2:1

3. En la segunda fase se utilizó el intercambiador
de placas, también montado al sistema con
circulación de flujos en contracorriente.
Imagen 3. Intercambiador de placas
La tercera y última fase fue montada con el
intercambiador de tubos y coraza, de igual
manera con circulación de flujos en
contracorriente.
Imagen 3. Intercambiador de tubos y coraza
Para los tres sistemas se utilizaron los mismos
flujos de alimentación de agua caliente y agua
fría; así mismo, las temperaturas de
alimentación de agua fría y caliente se
mantuvieron constantes.
3. PROCEDIMIENTO
Inicialmente se encendió el dispositivo TQ
TD360 y se abrió al máximo la alimentación de
agua. Seguido se conectó el computador
encargado de monitorear los tiempos y las
temperaturas variables de intercambio.
3.1 Intercambiador De Tubos Concéntricos.
Una vez encendido el sistema, se acopló el
intercambiador de tubos concéntricos, y las
mangueras de circulación del fluido fueron
acopladas de manera que la entrada de agua
caliente se conectara al brazo izquierdo del
intercambiador con la termocupla TH1, el cual
funciona como la entrada al paso 1. La salida del
agua caliente se conectó al brazo derecho del
intercambiador con la respectiva termocupla
TH2 en la salida del paso 2.
Una tercera termocupla TH3 fue conectada al
tubo de unión de los dos pasos de color ROJO ,
la cual mide la temperatura en la mitad del
proceso de intercambio.
La entrada de agua fría se conectó sobre la
salida de agua caliente en el brazo derecho del
intercambiador con la termocupla TC1.
La salida del agua fría se conectó al brazo
izquierdo del intercambiador con la respectiva
termocupla TC2 en la entrada del paso 1.
Una tercera termocupla TC3 fue conectada al
tubo de unión del único efecto del agua fría de
color AZUL, la cual mide la temperatura en la
mitad del proceso de intercambio.
Seguido se graduaron los flujos de alimentación
a 1 litro/minuto para el flujo caliente y a 1.5
litros/minuto para el flujo de agua fría.
Una vez estabilizados los flujos, se graduó la
temperatura del agua caliente en 50°C y el agua
fría se utilizó a temperatura ambiente con
aproximados 19°C.
Se dejó estabilizar el sistema de circulación de
los flujos y se inició la medición de las
temperaturas con el TQ DATA en el computador
en intervalos de 6 segundos por 5 minutos.
La tabla de mediciones se encuentra en Anexos,
como Tabla 1 intercambio de calor en tubos
concéntricos.
Una vez terminada la medición, se apagó el
equipo y se desacoplo el sistema de
alimentación de fluidos y termocuplas.

4. Imagen 4. Montaje y conexiones en el
intercambiador de tubos concéntricos.
3.2 Intercambiador De Placas
En la segunda parte de las mediciones, se
ensamblo el intercambiador de placas,
y las mangueras de circulación del fluido fueron
acopladas de manera que la entrada de agua
caliente se conectara al lado izquierdo de la
placa con su respectiva termocupla TH1. La
salida del agua caliente se conectó al lado
derecho del intercambiador con la respectiva
termocupla TH2 .en este intercambiador solo se
utilizan dos termocuplas.
La entrada de agua fría se conectó frente a la
entrada de agua caliente en el lado izquierdo
del intercambiador con la termocupla TC1.
La salida del agua fría se conectó al lado
derecho del intercambiador con la respectiva
termocupla TC2 .
Una vez terminadas las conexiones, se encendio
la placa madre y Seguido se graduaron los flujos
de alimentación a 1 litro/minuto para el flujo
caliente y a 1.5 litros/minuto para el flujo de
agua fría.
Una vez estabilizados los flujos, se graduó la
temperatura del agua caliente en 50°C y el agua
fría se utilizó a temperatura ambiente con
aproximados 19°C.
Se dejó estabilizar el sistema de circulación de
los flujos y se inició la medición de las
temperaturas con el TQ DATA en el computador
en intervalos de 6 segundos por 5 minutos.
La tabla de mediciones se encuentra en Anexos,
como Tabla 2 intercambio de calor en placas.
Una vez terminada la medición, se apagó el
equipo y se desacoplo el sistema de
alimentación de fluidos y termocuplas.
Imagen 5. Montaje y conexiones en el
intercambiador de placas.
3.3 Intercambiador De Tubos Y Coraza
En la tercera parte de las mediciones, se
ensamblo el intercambiador de tubos y coraza y
las mangueras de circulación del fluido fueron
acopladas de manera que la entrada de agua
caliente se conectara al
Lado izquierdo del intercambiador con su
respectiva termocupla TH1. La salida del agua
caliente se conectó al lado derecho del
intercambiador con la respectiva termocupla
TH2 . En este intercambiador solo se utilizan dos
termocuplas debido a que los tubos solo tienen
un paso.
La entrada de agua fría se conectó sobre la
salida de agua caliente en el lado derecho del
intercambiador con la termocupla TC1.
La salida del agua fría se conectó sobre la
entrada de agua caliente del intercambiador
con la respectiva termocupla TC2 .
Una vez terminadas las conexiones, se encendió
la placa madre y Seguido se graduaron los flujos
de alimentación a 1 litro/minuto para el flujo
caliente y a 1.5 litros/minuto para el flujo de
agua fría.
Una vez estabilizados los flujos, se graduó la
temperatura del agua caliente en 50°C y el agua

5. fría se utilizó a temperatura ambiente con
aproximados 19°C.
Se dejó estabilizar el sistema de circulación de
los flujos y se inició la medición de las
temperaturas con el TQ DATA en el computador
en intervalos de 6 segundos por 5 minutos.
La tabla de mediciones se encuentra en Anexos,
como Tabla 3 intercambio de calor en tubos y
coraza.
Una vez terminada la medición, se apagó el
equipo y se desacoplo el sistema de
alimentación de fluidos y termocuplas.
Imagen 6. Montaje y conexiones en el
intercambiador de tubos y coraza.
4. RESULTADOS Y ANALISIS
4.1 Intercambiador De Tubos Y Coraza
El tratamiento para los datos del laboratorio consiste en
recalcular un parámetro de fábrica para tener un valor
real del UA del equipo implementando un algoritmo
sencillo definiendo las condiciones de operación para
esto se supone propiedades constantes a una
temperatura media de cada fluido 21,1°C 47,7°C se
calcula
MTD =
( ) ( )
( )
MTD =30,67 °C
Caídas de presión = despreciables
Coeficiente de los tubos hi= 4134,1 ⁄
Coeficiente de la carcasa= ⁄
Área recalculada= 0,196
U= ⁄
Mediante el cálculo del área de transferencia
A = 0,0196
Para un error con la técnica de 2%
Fluido frio Fluido caliente
L/min 1,512 0,985
T1 °C 19,2 50,5
T2 °C 23 44,7

6. 4.2 intercambiador de Tubos concéntricos
El algoritmo anterior sirve para la esta configuración y
se obtiene lo siguientes a condiciones de fluido Las
temperaturas medias son 20,1°C 43°C.
MTD =30,01°C
Caídas de presión = despreciables
Coeficiente de los tubos hi= 3049,8 ⁄
Coeficiente de la carcasa ho= ⁄
U= 1010,9 ⁄
Mediante el cálculo del área de transferencia
A = 0,0205
Para un error con la técnica de 2,5%
4.3 Intercambiador de Placas
MTD = 29,72 °C
Caídas de presión = despreciables
Coeficiente del plato hp del fluido frio= 870,8 ⁄
Coeficiente del plato hp del fluido
caliente= ⁄
U= 545 ⁄
Mediante el cálculo del área de transferencia
A = 0,0212
Para un error con la técnica de 6%
Fluido frio Fluido caliente
L/min 1,49 0,9
T1 °C 18,2 49,9
T2 °C 22,3 46,3
Fluido frio Fluido caliente
L/min 1,54 0,99
T1 °C 19,2 52
T2 °C 21,2 48,8

7. Mediante un análisis del grafico se ve claramente que el
a medida que aumente la diferencia entre temperatura
se obtiene menores eficiencias por tanto la eficiencia
aumenta de la siguiente manera
Placas<Concéntrico<Coraza
Con la media logarítmica se evidencia q a medida q
aumenta afecta el transferencia y por lo tanto se
obtiene una mejor eficiencia.
5. CONCLUSIONES
 Para efecto de este tipo de proceso el
intercambiador con mejor eficiencia es el de
coraza y tubos
 El uso la media logarítmica como factor de
diseño es un método corto y bastante preciso
 Los intercambiadores concéntricos y coraza son
muy semejantes para las configuraciones
presentadas.
 El área de transferencia se ve afectado por la
LMTD
 El coeficiente global depende solo de las
propiedades características del medio

8. Bibliografía
ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE VALPARAÍSO,
EIQ 456: LABORATORIO FISICO-QUÍMICA, visto en
http://es.scribd.com/doc/150255401/Intercambiadores-de-calor-informe#scribd miércoles 4 de
noviembre de 2015.
INTERCAMBIADORES DE CALOR O. A. Jaramillo Centro de Investigación en Energía. Universidad
Nacional Autónoma de México Noviembre 20, 2007, visto en
http://www.cie.unam.mx/~ojs/pub/HeatExchanger/Intercambiadores.pdf miércoles 4 de
noviembre de 2015.
HEAT EXCHANGER SERVICE MODULE [TD360] visto en
http://www.tecquipment.com/Thermodynamics/Heat_Transfer/TD360.aspx miércoles 4 de
noviembre de 2015.
Intercambiadores de placas , visto en http://www.hrs-
heatexchangers.com/es/productos/componentes/intercambiadores-de-calor-de-
placas/default.aspx miércoles 4 de noviembre de 2015.
Intercambiadores de calor de placas, visto en
http://www.comeval.es/pdf/cat_tec/intercambiadores/intercambiadores_A4_esp.pdf
miércoles 4 de noviembre de 2015.
Intercambiadores de calor, visto en
https://alojamientos.uva.es/guia_docente/uploads/2011/447/42501/1/Documento15.pdf
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Intercambiadores de tubo y carcaza, visto en
http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/csalas/OP2/CARCAZATUB.pdf miércoles 4 de
noviembre de 2015.

9. Anexos
Tabla 1 intercambio de calor en tubos concéntricos.
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Tabla 1 intercambio de calor en tubos concéntricos.xls
Tabla 2 intercambio de calor en placas
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Tabla 1 intercambio de calor en placas.xls
Tabla 3 intercambio de calor en tubos y coraza.
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Tabla 1 intercambio de calor en tubos y coraza.xls