Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Prepara tus exámenes
Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Prepara tus exámenes con los documentos que comparten otros estudiantes como tú en Docsity
Los mejores documentos en venta realizados por estudiantes que han terminado sus estudios
Estudia con lecciones y exámenes resueltos basados en los programas académicos de las mejores universidades
Responde a preguntas de exámenes reales y pon a prueba tu preparación
Consigue puntos base para descargar
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Comunidad
Pide ayuda a la comunidad y resuelve tus dudas de estudio
Descubre las mejores universidades de tu país según los usuarios de Docsity
Ebooks gratuitos
Descarga nuestras guías gratuitas sobre técnicas de estudio, métodos para controlar la ansiedad y consejos para la tesis preparadas por los tutores de Docsity
tipos de intercambiadores, materiales de construccion, funcion
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
1 / 18
Esta página no es visible en la vista previa
¡No te pierdas las partes importantes!
Intercambiadores de calor Es uno de los equipos más abundantes en la industria de procesos y en la industria en general. Son aparatos cuyo objetivo principal es el de llevar una corriente de fluido a una temperatura determinada, calentándola o refrigerándola mediante otra corriente de fluido calentador o refrigerante. Los fluidos circulan separados por una superficie, metálica o no, a través de la cual intercambian calor. Se emplean mucho en la industria química y petroquímica para situar las distintas corrientes de fluido a su nivel térmico adecuado y además para conseguir el máximo ahorro de energía posible. Existen dos criterios de clasificación, el primero dependiendo de la forma en la que se realiza la transferencia de calor con respecto del tiempo, y el segundo en función de la naturaleza de los fluidos para los cuales se diseña el intercambiador de calor. En ciertas ramas de la industria se han desarrollado intercambiadores muy especializados para ciertas aplicaciones puntuales. Tratar todos los tipos seria imposible, por la cantidad y variedad de ellos que se pueden encontrar. En forma muy general podemos clasificar los intercambiadores de calor según el tipo de superficie en: Diagrama 1. clasificación de intercambiadores de calor
componentes: 1 Prensaestopas tubo exterior 2 T de conexión 3 Unión roscada 4 Codo de U 5 Prensaestopas tubo interior 6 Tubo conector 7 Tubo interior 8 Entrada tubo interior 9 Salida tubo externo 10 Prensaestopas de paso 11 Entrada tubo externo 12 Tubo externo 13 Salida tubo externo tabla 1 Componentes de un intercambiador de calor de doble tubo Usos principales: Se utilizan principalmente para intercambios de calor que no requieren áreas demasiado grandes. El intercambiador de calor de doble tubo está especialmente diseñado para el calentamiento o enfriamiento de productos con baja-media viscosidad. Cuando un fluido es un gas, o un líquido viscoso, o su caudal es pequeño, mientras el otro es un líquido de baja viscosidad o con alto caudal. Son adecuados para servicios con corrientes de alto ensuciamiento, con lodos sediméntales, solidos o alquitranes por la facilidad con que se limpian. Si hay una buena respuesta a la limpieza química o los fluidos no ensucian, las uniones pueden ser soldadas para resistir altas presiones de operación. Sus características principales son: Flexibilidad. Pueden insertarse o retirarse fácilmente nuevas unidades Costes de operación y mantenimiento reducidos El flujo a contracorriente ofrece una eficiencia térmica máxima Menores costes de construcción. Son más económicos cuanto más largos son. Se utilizan principalmente con productos agroalimentarios
Ventajas y desventajas de los intercambiadores de calor de doble tubo: Ventajas: Versátil Manejan altas presiones Disponibles en muchos tamaños Fácilmente modificables para mantenimiento Comparable con intercambiadores de tubo y coraza Desventajas: Grandes, pesados, y caros por unidad de área Intercambiadores de tubo y coraza son menos caros para áreas mayores a 30 m^2 Intercambiadores de calor de tubo y coraza: El tipo más común de intercambiador de calor en las aplicaciones industriales, es el de coraza y tubos. Estos intercambiadores de calor contienen un gran número de tubos (a veces varios cientos) empacados en un casco 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. Están formados por un haz de tubos por los cuales pasa uno de los fluidos. Una cubierta, o envolvente, la carcasa, envuelve a el conjunto de tubos y constituye también el espacio por el cual transita el otro fluido. Con este arreglo se consigue mayor área de transferencia por unidad de volumen total. El flujo relativo de las corrientes en estos cambiadore es mixto, con los componentes en paralelo y a contracorriente. se fabrican según normas internacionales como la norma TEMA. imagen 2 intercambiador de calor de tubo y coraza
tabla 2. Componentes de un intercambiador de calor de tubo y coraza Usos principales: calentamiento / enfriamiento de fluidos gaseosos o líquidos Calderas Precalentador de petróleo crudo Calentador de licor negro Unidad de recuperación de calor de agua blanca Condensador de vapor Enfriadores de aceite para transformadores OFWF y ONWF Ventajas y desventajas de los intercambiadores de calor de tubo y coraza: Ventajas Puede trabajar a alta temperatura y presión Puede trabajar con fluidos en todos los estados Fácil de desmantelar para reparar y limpiar El diseño se puede adaptar para cualquier condición de operación
Desventajas Una unidad se puede utilizar solo para un trabajo Se requiere aislación, porque sus pérdidas de calor son elevadas Tiene requerimientos espaciales elevados y son más caros que los de placa Intercambiadores de calor de espiral El intercambiador de calor tubular con haz espiral es un intercambiador compacto que se puede insertar en un sistema de vapor o de agua sobrecalentada, para la producción de ACS. Este tipo de intercambiadores de calor está hecho con una bobina con tubos corrugados. Lo que permite multiplicar la intensidad de la transferencia de calor, en comparación con intercambiadores de calor tubulares estándares o con intercambiadores de calor con bajo costo operativo (mayor resistencia a las impurezas gracias a los conectores en V y a los tubos en espiral). imagen 5. Intercambiador de calor de espiral Materiales de construcción: se pueden fabricar en cualquier material que se pueda modelar y soldar (aceros al cabono, aceros inoxidables, dúplex, superdúplex, titanio, aleaciones de níquel, etc.) – SA 516 Gr60, SA 516 Gr70, 304 / 304L, 316 / 316L, UNS S310803, UNS S32205, UNS S32750, 904L, 254 SMO, C276, C22, C2000, Titanio. Usos principales: se utilizan en las redes de calor de HP o para el recalentamiento de utilidades de procesos industriales.
Consecuentemente, esto conduce a un área de transferencia de calor más pequeña, unidades más pequeñas y, en algunos casos, menos intercambiadores de calor. Esto beneficia enormemente al cliente al requerir menos espacio, caudales secundarios reducidos y bombas más pequeñas. imagen 6. Intercambiador de calor de placas materiales de construcción: Para la elaboración de las placas se usan los siguientes materiales: Acero inoxidable AISI 304 y AISI 316: las placas de acero inoxidable son las más comunes y sirven para casi todos los fluidos. Se trata del material de uso más estandarizado. Sin embargo, son sensibles a la sal. Titanio: las placas de titanio se usan para tratar fluidos salitrosos como la salmuera o el agua de mar. Este material aumenta el costo de los Intercambiadores. A pesar de esto, dicho material es sensible para los ácidos. Hastelloy: las placas de Hastelloy son extremadamente resistentes a los ácidos y se usan para los cloruros entre ellos, el ácido clorhídrico. Empaques Las placas de un Intercambiador de Calor tienen empaques que se encargan de dirigir los fluidos a través del paquete de placas alineadas, de tal manera que permiten su circulación entre ellas. De no contar con empaques, los fluidos tendrían contacto entre sí, lo que impediría el intercambio de calor.
Los materiales que usan los empaques generalmente son los siguientes: Nitrilo (NBR): se usa para realizar intercambios de calor a temperaturas menores a 100 grados Cº. Etileno Propileno Dieno (EPDM): para temperaturas hasta 160 grados Cº, pero no es compatible con aceites. Viton (FPM): es un material de alto precio, no estandarizado que se usa para solventes orgánicos, lubricantes o ácido sulfúrico. Siendo para este último, su aplicación más común. Neopreno (CR): de igual forma un material de alto precio, para equipos de alta especialidad que manejan gases como el R22 o amoniaco. Usos principales: se adaptan a la calefacción y refrigeración de químicos altamente corrosivos y/o oxidantes. Los intercambiadores de calor de placas de acero inoxidable para la industria son de aplicación en todos los sectores industriales tales como alimentación, química, farmacia, medio ambiente etc. son perfectos para aplicaciones con aquellos fluidos con baja viscosidad y exentos de partículas, así como cuando las temperaturas de salida y entrada de servicio sean muy similares. Todo esto implica que el uso de intercambiadores de calor en la industria sean muy recomendables para: Diferentes usos industriales en sectores tan diversos como el farmacéutico, químico, alimenticio, petroquímico, en plantas siderúrgicas, eléctricas, etc. Torres de enfriamiento secas. Calentadores de agua y de otro tipo de fluidos, siempre mediante vapor. Enfriadores de agua salada. Enfriadores de aceite. Evaporadores, condensadores o subenfriadores. Condensadores de vapor.
Materiales para Fabricación de Intercambiadores de Calor Para la fabricación de intercambiadores de calor es posible utilizar diferentes tipos de materiales, desde elementos metálicos hasta polímeros, los cuales se seleccionan dependiendo de las necesidades o de la aplicación destinada del equipo. Por lo general la selección de estos materiales dependen de las condiciones de trabajo a soportar, como presiones internas, temperaturas en los fluidos, flujos másicos, tiempos de operación o consideraciones de tamaño y peso. Acero al Carbono El acero al carbono es una aleación o combinación de hierro y carbono (alrededor de 0.05% hasta menos de 2%), presenta algunos elementos como magnesio, silicio, azufre fósforo, oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, cromo, níquel u otros, cuya presencia se debe a diversos factores como los procesos de su producción, también debido a la dificultad de excluirlos totalmente del metal o a circunstancias casuales. Acero Inoxidable Los aceros inoxidables son una gama de aleaciones formadas principalmente por una base de hierro con unos porcentajes del 12 a 30% de cromo, 0 a 22% de níquel y cantidades menores de carbono, molibdeno, selenio, tantalio y titanio. Estos elementos forman en la superficie del acero una película pasivante o inerte extremadamente delgada, continua y estable, dejando la superficie protegida a reacciones químicas, siendo esta la característica principal de resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables. Tienen una gran resistencia mecánica, de al menos dos veces la del acero al carbono, son resistentes a temperaturas elevadas y a temperaturas criogénicas. Existen tres grupos de aleaciones inoxidables: Aceros Inoxidables Martensíticos: Contienen entre 12-20% de cromo, poseen elevada dureza por su contenido de carbono entre 0.2-1.2%, usado principalmente para fabricación de herramientas quirúrgicas y cuchillo.
Aceros Inoxidables Ferríticos: Contienen entre 15-30% de cromo y bajo contenido de carbono 0.1%, poseen buena maquinabilidad y ductilidad, con buena resistencia a la corrosión, mayormente usados para aplicaciones arquitectónicas. Aceros Inoxidables Autensíticos: Contienen entre 16-26% de cromo y entre 8-22% de níquel con un contenido máximo de carbono de 0.08%, son los de mayor resistencia a la corrosión y tienen excelentes propiedades mecánicas. Aluminio El aluminio es un metal plateado muy ligero no ferroso, se produce prácticamente en todas las formas en las que se producen metales incluyendo vaciados. Sus características físicas lo hacen uno de los elementos más utilizados después del acero, por su excelente conductividad térmica y eléctrica que hace especial para aplicaciones de transferencia de calor. En estado puro es uno de los metales más fáciles de trabajar en maquinados por su ductilidad y de buena soldabilidad mediante técnicas de arco eléctrico o gas inerte. El aluminio posee naturalmente gran resistencia a la corrosión, bajo condiciones atmosféricas así como también a vapores y humos industriales, diferentes fluidos de trabajo y ácidos. Una de sus más importantes limitaciones, es que pierde resistencia mecánica considerablemente después de 150°C o a someterse a cambios bruscos de temperatura, es así que para aplicaciones de grandes exigencias tanto mecánicas como térmicas, en recomendable utilizar aleaciones que mejoren las propiedades del aluminio. Cobre La conductividad térmica del cobre equivale a un 69% mayor al del aluminio, y alcanza hasta un 90% la conductividad de la plata, siendo este el elemento más usado en la industria para conducción de electricidad y calor, mediante el uso de varios tipos de aleaciones como latones y bronces. El cobre tiene excelentes propiedades térmicas a bajas temperaturas y se utiliza hasta a 200°C, ya que al aumentar más su temperatura se vuelve dúctil y pierde resistencia mecánica. tiene buena resistencia a la oxidación en atmósferas industriales de alta humedad o temperatura, aunque existen algunos ácidos que corroen con
conclusión En conclusión, de lo investigado puedo decir que los intercambiadores de calor son equipos que fueron diseñados para llevar corrientes de fluidos que necesitan ser enfriados o calentados y estos equipos realizan esta acción. son muy utilizados en la industria de procesos, así como también en la industria en general. Existen muchas formas de clasificar a los intercambiadores de calor, hay de muchos tamaños y formas y cada uno de ellos fue diseñado para cumplir funciones específicas y cuentan con características diferentes para cubrir las diferentes necesidades de la industria. Hay factores que deben ser considerados para la elección de un intercambiador de calor, y tienen mucho que ver con el tipo de fluido que se quiere calentar o enfriar, saber las propiedades físicas y químicas de los fluidos es de suma importancia para que el intercambiador de calor sea construido con materiales con resistencia a corrosiones o a otros factores que puedan alterar el intercambio de calor. El espacio que se dispone para la instalación de un equipo de estos también es un factor a tomar en cuenta, al igual el costo de este. Los intercambiadores de calor de tubo doble , también llamados de tubos concéntricos son uno de los intercambiadores de calor más sencillos, y hasta ahora de los que más he escuchado hablar, su diseño es muy sencillo consiste en dos tubos concéntricos uno de menor diámetro que el otro, usualmente la corriente del fluido caliente circula por el tubo interior que es el de menor diámetro y el fluido frio por el lado anular, y así ocurre la transferencia de calor por convección. Este intercambiador de calor es fácil de limpiar, maneja grandes presiones, pero son caros por unidad de área. Los intercambiadores de calor de tubo y coraza están formados por un haz de tubos por los cuales pasa uno de los fluidos, la carcasa, envuelve a el conjunto de tubos. gracias a este diseño estos intercambiadores de calor abarcan más área superficial para transferir calor. Este tipo de intercambiador de calor son los más usados o de uso común en la industria. Son más baratos que los intercambiadores de calor de doble tubo, pero caros que los de placas.
Los intercambiadores de calor de espiral son muy compactos y permite multiplicar la transferencia de calor, en comparación con intercambiadores de calor como el de doble tubo Los intercambiadores de calor de placas se dice que son muy eficientes y de bajo costo, estos se usan en la transferencia de calor de fluidos altamente corrosivos, son fáciles de limpiar y su diseño es muy compacto. En general dentro de los materiales de construcción de intercambiadores de calor son demasiados los que se emplean y fue por ello que decidí ponerlos como un subtema y no tan específico para cada uno de los intercambiadores de calor.
