INTERCAMBIADORES DE CALOR
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FACULTAD DE MECÁNICA
ESCUELA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
TERMODINAMICA
INTERCAMBIADORES DE CALOR
INTEGRANTES: ANGEL PEREZ (911) ALEX PLASENCIA(664)JOFFRE PEÑA (824)
INTERCAMBIADORES DE CALOR
INTRODUCCIÓN
Un intercambiador de calor se puede describir de un modo muy elemental como un equipo en el que dos corrientes a distintas temperaturas fluya sin mezclarse con el objeto de enfriar o calentar un fluido o ambas cosas a la vez.
Para transferir calor existen una amplia variedad de equipos denominados intercambiadores de calor.
OBJETIVOS:
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Definir el concepto y tipos básicos de Intercambiadores de calor.
Describir el método de cálculo de un intercambiador de calor, identificando la superficie, dimensiones y configuraciones de tubos y cascos.
Conocer las aplicaciones principales, pasos para selección de materiales y costes de un intercambiador de calor.
¿QUÉ ES UN INTERCAMBIADOR DE CALOR?
Un Intercambiador de Calor es un equipo utilizado para enfriar un fluido que está más caliente de lo deseado, transfiriendo esta calor a otro fluido que está frío y necesita ser calentado.
La transferencia de calor se realiza a través de una pared metálica o de un tubo que separa ambos fluidos.
LAS RAZONES QUE SE UTILIZAN LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR.
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.
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TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR
Intercambiadores de tubería doble
Intercambiadores enfriados por aire
Intercambiadores de placa
Intercambiadores de casco y tubo
INTERCAMBIADO
R DE DOBLE TUBO.
Está constituido por dos tubos concéntricos de diámetros diferentes. Uno de los fluidos fluye por el tubo de menor diámetro 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 dirección del flujo de los fluidos:
CONTRA FLUJO
FLUJO PARALELO
INTERCAMBIADOR DE DOBLE TUBO.
En la configuración en flujo paralelo los dos fluidos entran por el
mismo extremo y fluyen en el
mismo sentido. En la configuración
en contra flujo los fluidos
entran por los extremos
opuestos y fluyen en sentidos opuestos.
En un intercambiador
de calor en contra flujo
la temperatura de salida del
fluido frio puede ser
superior a la temperatura de salida del
fluido caliente.
En un intercambiador
de calor en flujo paralelo
la temperatura de salida del
fluido frio nunca puede ser superior
a la temperatura de salida del
fluido caliente.
La temperatura de salida del fluido frio nunca puede ser superior a la temperatura de entrada
del fluido caliente.
INTERCAMBIADOR DE DOBLE TUBO.
INTERCAMBIADORES ENFRIADOS POR AIRE.
Consisten en una serie de tubos situados en una corriente de aire, que puede ser forzada con ayuda de un ventilador. Los tubos suelen tener aletas para aumentar el área
de transferencia de calor.
La selección de un intercambiador enfriado por aire frente a un
enfriado por agua es una cuestión económica, hay que consideran gastos de enfriamiento del agua, potencia de los ventiladores y la
temperatura de salida del fluido y tiene una diferencia de
temperatura de unos 15 ºF - 8 ºC.
INTERCAMBIADORES DE PLACA.
Formados por un conjunto de placas de metal corrugadas (acero inoxidable, titanio, etc.) contenidas en un bastidor.
Pueden ser de diferentes tipos: Intercambiadores de tipo placa y armazón
similares a un filtro prensa. Intercambiadores de aleta de placa con soldadura.
Llamados también intercambiadores compactos.Admiten gran variedad de materiales de construcción, y por la construcción están limitados a presiones pequeñas.
INTERCAMBIADORES DE TIPO PLACA.
INTERCAMBIADORES DE CASCO Y TUBO.
Consisten en una estructura de tubos pequeños colocados en el interior de un casco de mayor diámetro.
Constituyen la parte más importantes de los equipos de transferencia de calor sin combustión en las plantas de procesos químicos.
Son los intercambiadores mas utilizados
en la industria química con las
consideraciones de diseño
mejor definidas.
DIRECCIÓN DE FLUJO
Paralelo
Contraflujo
Cruzado
I. DE FLUJO CRUZADO
También se presenta una situación en la que ambas
corrientes se cruzan en ángulo recto.
En ese caso se habla de “corrientes cruzadas”. Esta disposición se da con mayor
frecuencia en el intercambio de calor de
gases con líquidos.
INTERCAMBIADORES DE TIPO PLACA.
En este tipo de interca
mbiadores
podemos
distinguir dos
tipos de flujos:
FLUJO CRUZA
DO MEZCLADO.
FLUJO CRUZADO NO MEZCLADO.
INTERCAMBIADORES DE TIPO PLACA.
FLUJO CRUZADO MEZCLADO.
Uno de los fluidos fluye libremente en dirección ortogonal al
otro sin restricciones
.
INTERCAMBIADORES DE TIPO PLACA.
FLUJO CRUZADO
NO MEZCLADO.
Se disponen
una
placas para
guiar el
flujo
de uno
de los fluidos. En la figura siguiente se muestran esquemas de ambos
tipos de flujo
FLUJO CRUZADO INTERCAMBIADORES DE TIPO PLACA.
INTERCAMBIADORES DE CALOR ELÉCTRICOS.
Este tipo de intercambiadores solo sirven para propósitos de calentamiento, y son fluidos en contacto con resistencias eléctricas.
Su funcionamiento consiste en la disposición de varias resistencias eléctricas las cuales son colocadas en corazas de paredes diatérmicas que al hacer pasar un fluido por dicha coraza se suministra energía eléctrica las misma que es conducida por dichas resistencias haciendo que al contacto con el fluido las moléculas del fluido se agiten a grandes velocidades y haciendo que entre ellas liberen energía en forma de calor.
Una de las aplicaciones de este tipo de intercambiador es para cuando se tiene crudo emulsionado y se quiere mejorar el proceso de separación entre el agua y el crudo, los cuales los hacen muy utilizados en las industrias petroleras.
APLICACIONES DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR.
Intercambiador de Calor: Realiza la función doble de calentar y enfriar dos fluidos.
Condensador: Condensa un vapor o mezcla de vapores.
Enfriador: Enfría 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 reebulición que se necesita para la destilación.
Vaporizador: Un calentador que vaporiza parte del líquido.
INTERCAMBIADORES DE UN SOLO PASO Y DE MÚLTIPLES PASOS.
Un método que combina las características de dos o más intercambiadores y permite mejorar el desempeño de un intercambiador de calor es tener que pasar los dos fluidos varias veces dentro de un intercambiador de paso simple.Cuando los fluidos del intercambiador intercambian calor más de una vez, se denomina intercambiador de múltiplepasos . Sí el fluido sólo intercambia calor en una sola vez, se denomina intercambiador de calor de paso simple o deun solo paso.
Intercambiadores Regenerativos
Intercambiadores no Regenerativos
Es aquel que se utiliza el mismo fluido (el fluido caliente y el fluido frío es el mismo). Los intercambiadores regenerativos son comúnmente utilizados en sistemas con temperaturas altas donde una porción del fluido del sistema se remueve del proceso principal y éste es posteriormente integrado al sistema.
Los intercambiadores de calor no-regenerativos usan fluidos separados para calentar y enfriar.
Existen tres formas de intercambios de calor en los dispositivos…
Transferencia de calor convectiva del fluido hacia la pared interna del tubo
Transferencia de calor conductiva a través de la pared del tubo
Transferencia de calor convectiva desde la pared externa del tubo hacia el fluido exterior.
INTERCAMBIADORES DE CALOR MAS USADOS.
Entre los intercambiadores de calor mas utilizados tenemos a los intercambiadores de superficie, en los cuales el intercambio de calor se lo realiza atreves de paredes metálicas que separan el flujo caliente del flujo frio.
También tenemos uno en particular cuando se requiere grandes cantidades de intercambio de calor, o a su vez cuando se manejan caudales mayores a los que se puede manejar en un intercambiador de doble tubo, estos tipos de intercambiadores son llamados de coraza y haz de tubos.
Otro de los mas utilizados industrialmente es el intercambiador de doble tubo por ser el mas simple
tanto como para el diseño mismo como para su fabricación.
INDUSTRIAS ALIMENTICIAS
INDUSTRIA QUIMICA
INDUSTRIA MARITIMA
CALEFACCIÓN Y ENERGÍA SOLAR
INDUSTRIA DE AIRE ACONDICIONADO
APLICACIONES
CONCLUSIONES.
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.El intercambio de calor en
los diferentes tipos de intercambiadores utilizan esencialmente principios
básicos de intercambio de calor, como la conducción y
convección.