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ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZOESCUELA DE INGENIERIA DE MANTENIMIENTOTERMODINAMICAINTERCAMBIADORES DE CALORINTEGRANTES:

EDISON CULLAYPABLO COQUEERICK CORDOVA

ndice1.- OBJETIVOS2.- INTRODUCCIN3.-DEFINICIN4.- TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR.4.1.- ARREGLO DE FLUJO4.1.1.- FLUJO PARALELO4.1.2.-CONTRAFLUJO4.1.3.- FLUJO CRUZADO4.2.- POR SU CONSTRUCCIN4.2.1.- CONCENTRICO4.1.2.- TUBO Y CORAZA4.1.3.- COMPACTOS5.- APLICACIONES GENERALES6.- SELECCIN DE INTERCAMBIADORES.7.- COMO DISEAR UN INTERCAMBIADOR.8.- PROCEDIMIENTO GENERAL DE DISEO.9.- LIMPIEZA Y MANTENIMIENTO DE LOS INTERCAMBIADORES.10.- CONCLUCIONES.

OBJETIVO PRINCIPAL:

Estudiar los diferentes tipos de INTERCAMBIADORES DE CALOR y sus diferentes aplicaciones en el mundo industrial.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Mediante una presentacin en slideshare determinar el correcto funcionamiento de los intercambiadores de calor.

Sintetizar las diferentes formas de realizar un correcto mantenimiento de los intercambiadores de calor

Resaltar la importancia de los intercambiadores de calor al momento de economizar ahorros en costos energticosINTRODUCCION:

La transmisin de calor es necesaria en los procesos industriales actuales, mediante esta transmisin se consiguen ahorros de costos energticos y mximo aprovechamiento de la energa ya disponible en el sistema. Los fluidos, por Tanto, se calientan refrigeran para seguir siendo aprovechados dentro del proceso industrial gracias a los intercambiadores.

Las aplicaciones de los intercambiadores de calor son muy variadas y reciben diferentes nombres: Intercambiador de Calor: Realiza la funcin doble de calentar y enfriar dos fluidos. Condensador: Condensa un vapor o mezcla de vapores. Enfriador: Enfra un fluido por medio de agua. Calentador: Aplica calor sensible a un fluido. Rehervidor: Conectado a la base de una torre fraccionadora proporciona el calor de reebulicin que se necesita para la destilacin. (Los hay de termosifn, de circulacin forzada, de caldera,...) Vaporizador: Un calentador que vaporiza parte del lquido

INTERCAMBIADORES DE CALOR

DEFINICIN

Los equipos de intercambio de calor son todos los dispositivos que pueden ser utilizados para transferir (recuperar) calor desde una corriente de un fluido caliente a otro constituido por uno mas frio.Ej. En un tipo de intercambiador, los hidrocarburos procesados circulan a travs de tubos rodeados por aire o agua fra, de forma similar al radiador de un automvil.

TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALORLos intercambiadores generalmente se clasifican de acuerdo con el arreglo de flujo y el tipo de construccin.

TIPOS DE INTERCAMBIADORESArreglo de flujoPor su construccinFlujo paraleloContra flujoFlujo cruzadoConcntricoTubo y corazaCompactos

TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALORINTERCAMBIADORES POR ARREGLO DEL FLUJO FLUJO PARALELO.

Existe un flujo paralelo cuando el flujo interno o de los tubos y el flujo externo o de la carcasa ambos fluyen en la misma direccin. En este caso, los dos fluidos entran al intercambiador por el mismo extremo y estos presentan una diferencia de temperatura significativa. Como el calor se transfiere del fluido con mayor temperatura hacia el fluido de menor temperatura, la temperatura de los fluidos se aproximan la una a la otra, es decir tratan de alcanzar el equilibrio trmico entre ellos.

7CONTRAFLUJO

Se presenta un contraflujo cuando los dos fluidos fluyen en la misma direccin pero en sentido opuesto. Cada uno de los fluidos entra al intercambiador por diferentes extremos. Ya que el fluido con menor temperatura sale en contraflujo del intercambiador de calor en el extremo donde entra el fluido con mayor temperatura, la temperatura del fluido ms fro se aproximar a al temperatura del fluido de entrada. Este tipo de intercambiador resulta ser ms eficiente que los otros tipos mencionados anteriormente.

TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALORINTERCAMBIADORES POR ARREGLO DEL FLUJO

8FLUJO CRUZADOEn la figura se muestra como en el intercambiador de calor de flujo cruzado uno de los fluidos pasa a travs de tubos mientras que el otro pasa alrededor de dichos tubos formando un ngulo de 90.

Un ejemplo son los sistemas de condensacin de vapor, donde el vapor exhausto que sale de una turbina entra como flujo externo a la carcasa del condensador y el agua fra que fluye por los tubos absorbe el calor del vapor y ste se condensa y forma agua lquida. Se pueden condensar grandes volmenes de vapor de agua al utiliza este tipo de intercambiador de calor.

TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALORINTERCAMBIADORES POR ARREGLO DEL FLUJO

TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALORINTERCAMBIADORES POR SU CONSTRUCCIN

Es el tipo ms sencillo de intercambiador de calor. Est constituido por dos tubos concntricos de dimetros diferentes. Uno de los fluidos fluye por el tubo de menor dimetro y el otro fluido fluye por el espacio anular entre los dos tubos. En este tipo de intercambiador son posibles dos configuraciones en cuanto a la direccin del flujo de los fluidos: contraflujo y flujo paralelo. En la configuracin en flujo paralelo los dos fluidos entran por el mismo extremo y fluyen en el mismo sentido. En la configuracin en contraflujo los fluidos entran por los extremos opuestos y fluyen en sentidos opuestos.

La temperatura de salida del fluido frio nunca puede ser superior a la temperatura de entrada del fluido caliente.

INTERCAMBIADORES POR SU CONSTRUCCININTERCAMBIADORES CONCENTRICOS( DOBLE TUBO)TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALORINTERCAMBIADORES POR SU CONSTRUCCININTERCAMBIADORES DE CASCO Y TUBOEs el tipo ms comn de intercambiador de calor en las aplicaciones industriales por que demanda de manera significativa alta temperatura y presin. Este tipo de intercambiadores estn compuestos por gran cantidad de tubos ( a veces varios cientos ) contenidos en un casco. Los tubos se disponen con sus ejes paralelos al eje del casco. La transferencia de calor tiene lugar a medida que uno de los fluidos se mueve por el interior de los tubos mientras que el otro se mueve por fuera de stos, por el casco.

Calentador de fuel oilIntercambiador de calor de tubo y coraza con un paso coraza y tubos (contraflujo cruzado)

Intercambiadores de carcasa y tubo Proporciona flujos de calor elevado en relacin con su peso y volumen Es relativamente fcil de construir en una gran variedad de tamaos. Es bastante fcil de limpiar y reparar(mantenimiento). Es verstil y puede ser diseado para cumplir prcticamente en cualquier aplicacin

TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALORINTERCAMBIADORES POR SU CONSTRUCCININTERCAMBIADORES COMPACTOSSon intercambiadores diseados para lograr una gran rea superficial de transferencia de calor por unidad de volumen. Ejemplos de intercambiadores de calor compactos son los radiadores de automviles y el pulmn humano.

-- En los intercambiadores compactos los dos fluidos suelen moverse en direcciones ortogonales entre s. Esta configuracin de flujo recibe el nombre de flujo cruzado. Este a su vez se clasifica en mezclado ( uno de los fluidos fluye libremente en direccin ortogonal al otro sin restricciones ) y no mezclado ( se disponen una placas para guiar el flujo de uno de los fluidos ).

Consiste en un conjunto de placas preformadas con unos canales en disposicin paralela por donde circulan los fluidos. Estas placas estn montadas sobre un bastidor de acero y dos placas de acero sujetadas por esprragos de apriete que compactan las placas. Cada placa dispone de 4 bocas por donde circulan los fluidos en paralelo mientras que un fluido es conducido por las placas pares y el otro por las impares consiguiendo as el necesario intercambio de calor entre ambos.

TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALORINTERCAMBIADORES POR SU CONSTRUCCININTERCAMBIADORES DE PLACAS

APLICACIONES GENERALESINTERCAMBIADORES DE CALORComnmente se utilizan en un gran nmero de instalaciones Industriales, Navales y de Climatizacin Civil.Instalaciones Industriales:Calentamiento de producto; refrigeracin de producto, recuperacin de condensados, plantas de energa y ciclos combinados.Instalaciones Navales:Motores marinos, generadores de agua dulce, refrigeracin camisas de motor principal, motores auxiliares, produccin de vapor en salas de mquinasInstalaciones de Climatizacin CivilProduccin de agua caliente sanitaria (ACS), torres de refrigeracin

La seleccin de un intercambiador de calor depende de factores como el econmico, de aplicacin, de operacin y por supuesto del criterio del ingeniero de proyectos. A continuacin se presenta una tabla de las caractersticas de cada uno de los intercambiadores.

SELECCIN DE INTERCAMBIADORES

Cmo disear un intercambiador de calor ?

Paso 1: Analizar la aplicacin.

El primer paso cosiste en analizar la aplicacin. Es una aplicacin alimentaria? Es una aplicacin industrial? El ingeniero de diseo debe definir correctamente el tipo de intercambiador que se necesita y cumple con los requerimientos de la aplicacin.

Paso 2: Identificar las propiedades de los fluidos.

Analizar los fluidos involucrados: el fluido en el lado de producto y en el lado de servicio. Para poder realizar un correcto diseo de unintercambiador de calor, se necesitan conocer cuatro importantes propiedades fsicas delos fluidos implicados: Densidad Calor especfico Conductividad trmica Viscosidad

Paso 3: Balance de energa.

Una vez definidas correctamente las propiedades fsicas, es momento de comprobar el balance energtico. Normalmente el cliente define los caudales de producto y las temperaturas deseadas de entrada y salida de este producto. Necesitar tambin indicar el tipo de fluido de servicio a usar y definir dos de los siguientes tres parmetros: caudal de servicio, temperatura de entrada del servicio o temperatura de salida del servicio.

Paso 4: Definir la geometra del intercambiador de calor.

Decidir el dimetro de la camisa y definir el haz tubular que se colocar en el interior del intercambiador de calor: nmero de tubos interiores, dimetro interior y grosor de pared de los tubos interiores y longitud de los mismos. En segundo lugar, se definen las dimensiones de las conexiones de la camisa y tubos. En este punto debe decidirse tambin sobre los materiales con los que debe construirse el intercambiador de calor. De modo estndar.

Paso 5: Clculos trmicos.

El objetivo de este clculo es obtener los coeficientes de intercambio en el lado de producto y de servicio ingresando los datos en un software que mostramos en las siguientes diapositivas.Estos coeficientes dependen bsicamente de los cuatro parmetros clave de los fluidos (definidos previamente) y de la velocidad del (los) fluido(s). Conocidos los coeficientes de los fluidos de camisa y tubos, se puede calcular el coeficiente de transferencia trmica global. Conocido este valor, es ya posible calcular el rea total necesaria para el intercambio trmico requerido en la aplicacin.

Area = Duty / [K x LMTD]Area: rea total de intercambio trmico requerida, m2.Duty: Calor total transferido, Kcal/hr (obtenido del balance energtico).K: Coeficiente de intercambio trmico general, kcal/[hr.m2.C].LMTD: Diferencia de temperatura media logartmica, C (la media logartmica de las diferencias de temperatura entre los fluidos de camisa y tubos side a lo largo de la longitud del intercambiador de calor).Otro parmetro importante definido es la prdida de carga que se calcula para los fluidos de camisa y tubos. La prdida de carga es una funcin del nmero de Reynolds, el tipo de flujo (flujo turbulento o laminar) y el valor de rugosidad de la camisa y los tubos interiores.

Paso 6: Interpretacin de los clculos trmicos.

El rea calculada es comparada con el rea definida en el paso 4 (geometra delintercambiador de calor) y se realizan comprobaciones para ver si las prdidas de cargaestn dentro de los lmites de diseo. La interpretacin de los resultadosobtenidos y la adaptacin del diseo puede causar que deban repetirse los pasos 4 a 6,hasta que se obtienen unos resultados satisfactorios.

Paso 7: Clculos de diseo mecnico.

Definida la geometra del intercambiador de calor, se deben realizar los clculos dediseo mecnico que aseguren que el diseo del intercambiador de calor es vlido paralas presin y condiciones de diseo. Los clculos tpicos son: Clculos del grosor de la pared de la camisa. Clculos del grosor de las conexiones de entrada y salida. Clculos del grosor de pared de los tubos interiores. Clculos de las dimensiones de las juntas de expansin (para compensar a lacamisa y a los tubos de las diferentes expansiones que sufren debido a lasdiferentes temperaturas que soportan). Clculos del grosor de los tubos del haz tubular.

Paso 8: Preparacin de los planos de fabricacin.

Conocidas todas las dimensiones del intercambiador de calor, que ya se encuentra definido, se pueden preparar los planos de fabricacin. Este paquete de planos contiene detalles de los componentes del intercambiador de calor: Camisa. Tubos interiores. Junta de expansin. Conexiones. Peana. Baffles. etc.

PROCEDIMIENTO GENERAL DE DISEO Calcular la cantidad de calor intercambiado(Q). Calcular la diferencia de temperatura media efectivaMTD=Ft*LMTDAsumir el coeficiente global de transferencia de calor Uo.Calcular el rea basada en Uo supuesto.

Determinar las dimensiones fsicas del intercambiador a partir del area calculada

Calcular el coeficiente global de transferencia de calor Uo.

Calcular la cada de presin a travs del intercambiador .

Calcular el rea de transferencia basada en Uo calculado y MTD.

Comparacin del rea de transferencia calculada con el paso anterior

Repetir clculos hasta igualar las areas de transferencia.

BALANCE DE CALOR Y EFICIENCIA DE LOS INTERCAMBIADORESComo en un sistema trmico la cantidad de calor perdida por el fluido caliente es igual a la absorbida por el fluido fro, el balance total del calor en un intercambiador ser:

Donde:

Q = Flujo de Calor (Kcal/h)W = Masa de Fluido caliente en circulacin (Kg/h)w = Masa de fluido fro en circulacin ( Kg/h)C = Calor especifico del fluido caliente (Kcal/Kg. C)c= Calor especifico del fluido fro (Kcal/Kg. C)T1= Temperatura de entrada del fluido caliente (C) T2= Temperatura de entrada del fluido frio (C) t1 = Temperatura de entrada del fluido frio (C) t1 = Temperatura de entrada del fluido caliente (C)

Las relaciones de temperatura de en un intercambiador de tubo coraza estn representadas en la siguiente figura.

La eficiencia de un intercambiador esta determinada por su rendimiento, y se define como la razn de la cantidad de calor intercam-biado entre dos fluidos respectoa la mxima que puede ser intercambiada.

Q = W. C.(T1 T2) w.c(t2 t1)

Cuando se producen incrustaciones en los intercambiadores se hace muy notable la cada de presin y la reduccin de transferencia de calor. Por este motivo todo intercambiador debe ser limpiado peridicamente.Para la limpieza exterior de los tubos se usan varios mtodos:1. Se pueden taladrar mecnicamente los interiores de los tubos y limpiar el exterior conaire de presin y por lavado.2. Se puede calentar el haz de tubos en un bao de gasolina caliente de sosa castica.3. Haciendo circular por l cido inhibido.4. Se puede limpiar el haz de tubos por chorreado de arena seca.

Para la limpieza interior:5. Quitar las tapas sin la extraccin el haz tubular y la suciedad se elimina con la ayudade un latiguillo que expulsa el agua a una presin 80- 100 kg/cm2.

LIMPIEZA Y MANTENIMIENTO DE LOS INTERCAMBIADORES

A travs de nuestros revestimientos podemos detener y/o eliminar los procesos de ataque qumico, corrosin galvnica (entre tubos y equipos) y corrosin tanto interna como externa, as como eliminar la necesidad de consumir nodos de zinc.CORROSIN Y ATAQUE QUMICO

MANTENIMIENTO INTERCAMBIADORES DE CALOR

MANTENIMIENTO

CONDENSADORES: La limpieza interna deber ser peridicamente (de 90 a 120 das) o anterior si lo requiere el sistema, el tiempo esta basado en la experiencia

TUBOS: Utilizar solo cepillos especiales adecuados, estos deben ser de dureza y dimetro apropiado y son fabricados con cerda de acero inoxidable, no utilizar varillas de metal sin proteccin ya que pueden daar las paredes de titanio, si es posible cbralas y sin filos, no utilizar cidos no conocidos, de preferencia solo agua. el titanio reacciona en ambientes hidrogenados. en caso de usarlo mantener la observancia de la reaccin y no exceder las recomendaciones sin supervisin

TOMAS DE AGUA: No instale nodos de zinc en las tomas de agua ni las perfore, una toma alterada afecta la durabilidad y garanta de las mismas. Actualmente estas son de acero inoxidable y son para alta duracin

EMPAQUES: Revise que las empaquetaduras estn en buen estado antes de su instalacin y aplique un poco de aceite a las mismas por ambos lados, son de hule neopreno comn slido de 1/8 de espesor dureza media valor aproximad #90-100 sin refuerzo interno se recomienda hacer empaques nuevos en caso de que se aprecie deformado, daado o roto. El empaque de la tapa ciega de servicio es de cara completa y asegrese que este bien sellada ya que esta tapa es de acero al carbn, no utiliza proteccin interna anticorrosiva y no deber tener contacto con agua de mar.

CUERPO: Es necesario revisarlos cada 4 a 6 meses por presencia de puntos de oxidacin, si esto ocurre debern limpiarse profundamente, aplicar algn removedor de oxido aqu es lo mas recomendable, algunos equipos desarrollan oxidacin por la parte de las caras de los espejos.

CHILLERS INUNDADOS: Revisin interna de los tubos es recomendada cada 90-120 das

CHILLER DE EXPANSION DIRECTA DX: Estos equipos son de bajo mantenimiento

TUBOS DE REFRIGERACION: El mantenimiento y cuidado de los tubos en este diseo es por la parte exterior que es por el lado del cuerpo y no requieren mantenimiento interno ya que aqu solo fluye refrigerante y no hay reaccin

EXTREMOS: el mantenimiento aqu es externo por algn posible problema de corrosin ya que son de acero al carbn, en caso de detectar oxidacin aplicar tratamiento de limpieza con cepillo de alambre, no olvide que es tapa de refrigerante y tenga cuidado por la presin

EMPAQUES: revisar estas por rastros de fuga de refrigerante que es marca de aceite y prosiga con un ajuste de presin de tornillos segn se sugiere en anexo 5 sin exceder de la presin recomendada, si la fuga no cede el empaque deber ser reemplazado siguiendo plan de atencin de contingencias, algunas veces doble empaque o empaque mas grueso de 1/8 podra ser necesario en estos sellos

TORNILLERIA: Por lo general LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR estn ensamblados con tornillos sa-320, serie 8 en acero inoxidable t304 y es necesario seguir las recomendaciones para una secuencia que se muestra en la parte inferior para el ajuste y torque cuando este sea requerido en los tornillos como es el caso de las tapas de refrigerante, cuando no utilice torquimetro mantener cuidado de no sobre comprimir el empaque aplicando demasiada presin, este tornillo no requiere aditamento extra como el antibloqueo solo se recomienda que este limpio y revisar las roscas por daos

PATRON DE AJUSTE RECOMENDADO PARA LOS TORNILLOS DE LAS BRIDAS Y LOS EMPAQUES EN LAS TAPAS DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR SIRSA-TITANIO

CONCLUSIONES:

En un intercambiador de calor se debe realizar paulatinamente un mantenimiento ya que esto puede ocasionar problemas para su funcionamiento.

Al conocer los tipos de intercambiadores de calor podemos seleccionar el intercambiador apropiado, este depende de su aplicacin en la industria y por su economa para su elaboracin.

La utilizacin de los intercambiadores de calor en la industria se puede ahorrar energa lo cual implica costos y mantener las propiedades de tratamiento de los fluidos los mismos que coadyuvan el optimo desempeo de las maquinas y equipos.

Existen diferentes tipos de intercambiadores (flujo y por construccin), aplicados en instalaciones industriales, instalaciones navales, instalaciones de climatizacin civil que nos han a ayudado para los ahorros de costos energticos.

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