Intercambiadores de Calor2A1

Mantenimiento Industrial II

Intercambiadores de Calor

Mantenimiento Industrial IIIntroduccin

Qu es Transferencia de calor ? pasar calor de un lado hacia otro para determinados procesos o bien por cuestiones de eficiencia energtica

Definicin: Un intercambiador de calor es un dispositivo que es utilizado para la transferencia de energa trmica interna entre dos o mas fluidos disponibles a diferentes temperaturas. En la mayora de los intercambiadores de calor los fluidos son separados por la superficie de transferencia, e idealmente no se mezclan.

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MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

INTERCAMBIO DE CALOR ENTRECUERPOS CALIENTES Y FRIOS


LA MATERIA SE PRESENTA EN TRESESTADOS:FASE SLIDAFASE LIQUIDAFASE GASEOSA


CALOR SENSIBLE

CUANDO LA TRASFERENCIA DE CALORENTRE LA FUENTE Y EL RECEPTORPROVOCA VARIACION DE TEMPERATURACALOR SENSIBLEQS = M cp T


CALOR LATENTECUANDO LA TRASFERENCIA DE CALORENTRE LA FUENTE Y EL RECEPTORPROVOCA UN CAMBIO DE FASECALOR LATENTEQL = M Lo


EN GENERAL LA TRASFERENCIA DECALOR ENTRE LA FUENTE Y ELRECEPTORPROVOCA UN CAMBIO DE FASE Y DE TCALOR TOTALQT = QL + QS = M cp T + M Lo


EXISTEN TRES FORMAS DETRANSFERENCIA DE CALOR :CONDUCCIONCONVECCIONRADIACION



CONDUCCION: Transferencia de calor a travs de un material slido (pared).CONVECCION: Transferencia de calor entre partes calientes y fras de un fluido por mezclas. ( agua que se calienta en un recipiente).RADIACION: Transferencia de energa radiantedesde una fuente a un receptor (Sol Tierra).


CONDUCCIN

La conduccin es el nico mecanismode transmisin del calor posible en losmedios slidos opacos.Cuando en tales medios existe un gradiente detemperatura, el calor se transmite de la regin demayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre molculas


Conductividades trmicas de algunos materialesa temperatura ambiente


Normas constructivasCdigo ASME para construccin dentro de la seccin VIII (normas generales para el diseo de recipientes a presin).Normas TEMA (Tubular Exchanger Manufacturers Association)En la Argentina, no hay un cdigo mecnico obligatorio aunque por lo general los diseadores de equipos ajustan sus diseos a las especificaciones del cdigo ASME.


Normas constructivasClase R: Condiciones de servicio rigurosas. Mximo de confiabilidad y durabilidad en condiciones de servicios rigurosas.Clase C: Condiciones de servicio moderadas. Para aplicaciones comerciales y de procesos de propsito general.Clase B: Para la industria qumica de procesosOtro cdigo: API 660 (industria petrolera). requisitos adicionales a las normas TEMA para aplicacin de servicio pesado



ECUACIN CINTICA DETRANSMISIN DE CALOREsta frmula es vlida parageometra simple, en caso delintercambiador de tubo y carcasa, unsolo paso por los tubos y un solopaso por la carcasa


CONVECCION:Transferencia de calor entre fluido fro adyacente que reciben calor de superficies calientes, que transfieren al resto del fluido fri por mezcla, o partes calientes y frasde un fluido por mezclas. ( agua que se calienta en un recipiente).

Mantenimiento Industrial IIIntroduccin

Requisitos:

Alta eficiencia trmicaMnima cida de presinConfiabilidad y expectativa de vida tilProducto de alta calidadOperacin segura

Mantenimiento Industrial IIClasificacin / Tipos de IntercambiadoresSe clasifican de distintas maneras:ConstruccinProceso de transporteCuan compactoArreglo de flujoArreglo de pasosFase de los fluidosMecanismo de transferencia de calor


Segn el proceso de transferencia

- Contacto directo Gas - LquidoInmiscibles lquido - lquidoSlido-lquido o slido - gasLa mayora de los intercambiadores de calor por contacto directo caen bajo la categora de gas lquido, donde el calor se transfiere entre un gas y lquidos en forma de gotas, las pelculas o aerosoles. Tales tipos de intercambiadores de calor se utilizan predominantemente en aire acondicionado, humidificacin, enfriamiento por agua y condensacin de las plantas.- Contacto indirecto- Transferencia directa - Con almacenamiento - Lecho fluido


Segn su construccin Tubular- Doble tubo- Carcasa y Tubos- Flujo cruzado- Espiral- Placas- Superficie aleteada (tubular o de placas)- Regenerativo- Esttico- Dinmico


Segn la compacidad:

- Compactos ( 700 m2 / m3 )- No compactos ( < 700 m2 /m3)Beta ,densidad de rea

Segn la disposicin de flujos:- Paso nico- Cocorriente- Contracorriente- Cruzado- Paso mltiple


Segn el mecanismo de transferencia

- Conveccin / Conveccin- Conveccin / Cambio de fase- Cambio de fase / Cambio de fase- Conveccin / Radiacin


Segn la aplicacin- Economizadores, precalentadores, recuperadores- Hornos- Generador de vapor- Evaporadores, condensadores, torre de refrigerigeracin.- Colector solar- Heat-pipe


Aplicaciones 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




INTERCAMBIADOR DE CABEZAL FLOTANTE INTERNO (tipo AES)

Mantenimiento Industrial IIComponentes


Baffles


Barras separadoras


TubosNormas dimensionales BWG (Birmingham Wire Gage).Normaliza los tubos por su dimetro exterior y por un nmero de serie que es el que define el espesor del tubo.Dimetros que van desde hasta 1,5.Casi todos los intercambiadores se construyen utilizando tubos de o de 1. El largo de los tubos es definido por el diseador. La utilizacin de tubos excesivamente largos dificulta las operaciones de limpieza.


Tubos- Materiales:

Se selecciona de acuerdo a las caractersticas de los fluidos desde el punto de vista de la corrosin.El espesor del tubo se selecciona de acuerdo al clculo mecnico en funcin de la presin y la temperatura de trabajo del equipo. El espesor de clculo deber incrementarse con un sobreespesor por corrosin que depender de los fluidos manejados y del material de los tubos. Los materiales mas comnmente empleados en los tubos de los intercambiadores de calor son los aceros al carbono, aceros aleados; aceros inoxidables; cobres; nquel y sus aleaciones.


Distribucin de los tubos


Arreglo de tubos

Triangular o tresbolilloNormal (fig 2 a)Con espacios de limpieza (fig 2 b)CuadradoNormal (fig 2 c)Rotado (fig 2 d)



Mtodos de fijacin de los tubos a las placas tubulares:Por expansin del tubo contra el agujero de la placa


Mtodos de fijacin de los tubos a las placas tubulares:Por soldadura


Causas de deterioro y averas:

Principalmente los daos ocurren en las superficies de los materiales del intercambiador de calor en contacto con hidrocarburos, sustancias qumicas, agua y vapor. Los daos son influenciados por factores tales como: temperatura, fatiga mecnica, turbulencia, concentracin y velocidad de escurrimiento de los fluidos.La corrosin en diferentes formas, de uno o en ambos lados de los tubos del mazo, puede causar pinchaduras con consecuentes prdidas o mezcla de fluidos.





Corrosin Puede ocurrir en cualquiera de los componentes del intercambiador en contacto con los fluidos o en las reas donde ocurran cambios de estados (liquido-vapor). Este es el principal mecanismo de falla en los intercambiadores de calor, especialmente en los tubos, y depender de los materiales y de los fluidos que circulan por esto


CorrosinHidrocarburosAgentes corrosivos:Compuestos de azufre Acido clorhdrico (resultante de la hidrlisis de clorato de calcio o de magnesio) AguaEste es el modo de corrosin mas visto en este tipo de equipos, y hay que tener especial cuidado porque el agua es muy corrosiva frente al acero,


Averas mecnicas

Grietas.Vibraciones en los tubos (ocasionando desgaste al rozar el tubo con los baffles).Aflojamiento de tubos en el cabezal.Los principales agentes de corrosin son: Estrangulamiento por colapso de los tubos (debido a gran presin diferencial entre el lado interno y externo de los tubos, por ejemplo).Alabeo y deformacin de los tubos.Montaje inadecuado.


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