Metodologa para el dise±o de un intercambiador de calor de tubo

Metodología de la Ciencia. Revista de la Asociación Mexicana de Metodología de la Ciencia y de la Investigación, A.C.

Año 2, Volumen 2, Número 1, Enero-Junio de 2010, México. 56

Metodología para el diseño de un intercambiador

de calor de tubo de coraza1

Dra. Rita Aguilar Osorio Rafael Flores González

Instituto Politécnico Nacional, México [email protected]

Resumen

En este trabajo se presenta la metodología para el diseño mecánico de un intercambiador de

calor de tubo y coraza. Para el desarrollo de esta metodología se consideraron las

características del fluido de trabajo, que en este caso fue agua fría y agua caliente, los flujos,

las temperaturas máximas y mínimas de operación, la corrosión permisible, los esfuerzos

permisibles de los materiales, las condiciones del banco de pruebas y el espacio en el

laboratorio. Para la aplicación de la metodología propuesta se desarrolló un programa

computacional utilizando el lenguaje Visual Basic, con el cual se obtuvieron las dimensiones

de los componentes del intercambiador. Este consistió principalmente, de una coraza

cilíndrica de diámetro interno de 185 mm con una longitud de 1163.6 mm; 55 tubos en un

arreglo triangular de 30º con un diámetro interno de 14.475 mm, una longitud de 1200 mm;

12 mamparas con un diámetro de 182.7 mm, un corte del 25%, un espesor de 1.6 mm y un

espaciamiento entre mamparas de y 83.25 mm, respectivamente; los espejos fijos con un

diámetro de 342.9 mm; canales y tapas de diámetro interno de 203.4 mm. Con los resultados

obtenidos se fabricó el intercambiador de calor.

Palabra claves: Metodología para el diseño de un intercambiador de calor, diseño de in

intercambiador, Intercambiador de calor, dimensionamiento de un intercambiador de calor.

1 Ponencia presentada en el V Congreso Internacional de Metodología de la Ciencia y de la Investigación para la Educación.

Ciudad de Villahermosa, Tab. México. 2009.

mailto:[email protected]



Abstract

In this work a methodology for mechanical design of a shell and tube heat exchanger is

presented. The methodology was carried out based on the characteristic of the fluid (in this

particular case was cool and hot water), flow rates, maximum and minimum temperatures of

operation, allowable corrosion and stress of the materials and conditions of the experimental

rig. In order to use the methodology a computational program in Visual Basic was developed

for sizing the components of the exchanger. The results obtained were, mainly, a cylindrical

shell with internal diameter of 185 mm and length of 1163.6 mm; 55 tubes in a triangular tube

layout of 30º with internal diameter of 14.475 mm and length of 1200 mm; 12 baffles with

diameters of 182.7 mm and a cut of 25%, thickness and central spacing of 1.6 and 83.25 mm,

respectively; fixed tubesheet with diameter of 342.9 mm; channels and covers with internal

diameter of 203.4 mm.

Key words: Design methodology of a heat exchanger, heat exchanger design, heat

exchanger, sizing of a heat exchanger.



Introducción

Existen muchos procesos de ingeniería que requieren de la transferencia de calor. Para este

proceso se necesitan los intercambiadores de calor, los cuales se utilizan para enfriar o

calentar fluidos. Por muchos años, el diseño de estos equipos ha sido un gran reto para los

investigadores, debido a las exigencias del ahorro energético.

Los intercambiadores de calor de tubo y coraza son equipos ampliamente utilizados en la

industria Mexicana. Sin embargo, de la revisión bibliográfica realizada, se observa que la

información actual que hay en México sobre el diseño mecánico, selección de materiales y

fabricación de un intercambiador de calor, es escasa. También se realizó una investigación

en la industria mexicana relacionada con el diseño y construcción de los intercambiadores de

calor, de la cual se observó que no existe tecnología propia, que las pocas industrias del país

solamente se dedican a la venta y en algunos casos a la maquila de estos equipos. Como

consecuencia estos equipos son importados. También se observó que aunque existen

normas, códigos y manuales para el desarrollo de estos equipos, no existe una metodología

para el diseño de éstos.

El objetivo principal de este proyecto fue proponer una metodología para diseñar un

intercambiador de calor de tubo y coraza, con la finalidad de autoequipar un laboratorio de

investigación relacionada con la aplicación de metodologías para diseñar y fabricar

intercambiadores de calor, así como también para analizar el proceso de estos equipos,

formando recursos humanos que tengan el conocimiento y la experiencia en el desarrollo de

metodologías para desarrollar investigación y tecnología.

Este proyecto fue apoyado por la Secretaria de Posgrado e Investigación del IPN, el cual se

realizó en la Sección de Estudios de Posgrado e Investigación de la ESIME Zacatenco del

IPN.

Metodología general de proyecto

La metodología general de este proyecto de investigación consistió principalmente de los

siguientes pasos:



1. Realizar una revisión bibliográfica, de la cual se observó, que aunque existen normas,

códigos, y manuales para el desarrollo de estos equipos, no existe una metodología para

el diseño y fabricación de estos.

2. Proponer una metodología para diseñar el intercambiador de calor.

3. Desarrollar un programa computacional para utilizar la metodología propuesta para

dimensionar los componentes del intercambiador. Aunque existen programas comerciales

para el diseño de estos equipos, éstos son muy caros y a veces no cumplen

específicamente con los requerimientos de la industria mexicana.

4. Con los cálculos obtenidos del programa computacional y la selección de materiales se

construyó el intercambiador de calor utilizando un centro de maquinado de control

numérico, en el cual se utilizó el programa Mastercam.

Metodología para el diseño mecánico del intercambiador

La eficiencia óptima de un intercambiador de calor requiere, de una buena metodología para

el diseño y una apropiada selección de los materiales para su construcción. Para esto, es

necesario conocer las condiciones de operación del equipo, la corrosión y el ensuciamiento

que pueden ocasionar los fluidos de trabajos, así como también las propiedades físicas,

químicas y mecánicas de los materiales y el costo.

Para el desarrollo de la metodología propuesta para el diseño del intercambiador se utilizaron

la norma Tubular Exchanger Manufactures Association (TEMA) [1], el Código de la American

Society of Mechanical Engineering (ASME) Sección VIII [2], Manuales [3, 4, 5, 6 7, 8],

artículos e información encontrada en la literatura especializada en este campo, así como

también los conocimientos adquiridos en el área de transferencia de calor, mecánica de

fluidos, ciencia de los materiales, vibraciones mecánicas, corrosión, ensuciamiento, diseño

mecánico, etc. Los pasos para el diseño del intercambiador se describen a continuación:

Paso 1. Condiciones de operación. Las condiciones de operación del intercambiador para el

diseño mecánico del intercambiador de calor fueron los rangos de temperatura de operación

máximos y mínimos fueron de 80ºC a 40 ºC en los tubos y de 10ºC a 20ºC en la coraza, y los

rangos de los flujos máximos fueron de 15000 l/h en los tubos y en la coraza. El flujo del

fluido seleccionado en los tubos fue de un solo paso. Estos datos fueron considerados en



función del espacio del laboratorio y de las condiciones del banco de pruebas. Los fluidos de

trabajo fueron agua fría y agua caliente.

Paso 2. Determinaron el diámetro exterior y el espesor de la coraza; el diámetro externo,

espesor de los tubos y longitud de los tubos. Éstos datos fueron determinados de TEMA [1],

ASME [2] y Taborek [3 y 8] en función del espacio del laboratorio y de las condiciones del

banco de pruebas y se muestran en la tabla 1.

Tabla 1. Dimensiones de la coraza y los tubos [9]

Diámetro exterior de la coraza, Des 221 mm

Espesor de la coraza ts 18 mm

Diámetro exterior de los tubos Det 15.88 mm

Espesor de los tubos tt 0.7 mm

Longitud total de los tubos Lt 1200 mm

PASO 3. Selección de los materiales para la fabricación del intercambiador. Ésta selección

se realizó en relación al funcionamiento de cada componente del equipo. También se analizó

el costo y la facilidad de encontrar el material en el mercado. En la tabla 2 se muestran los

materiales seleccionados.

Tabla 2. Materiales seleccionados para los componentes del intercambiador de calor [9,10]

Componente Material

Coraza Acrílico

Tubos SB-88

Mamparas SA-36

Barras de soporte SA-36

Espejos SA-105

Tapas SA-234

Canales SA-53

Bridas SA-105

Boquillas de los cabezales SA-53

Boquillas de la coraza PVC Industrial

SA-Aceros al carbono, SB-Aleaciones de cobre y aluminio.



Paso 4. Obtención de la presión máxima interna de diseño. Para calcular la presión máxima

en la coraza para un material termoplástico (en este caso el acrílico) se utilizó la siguiente

ecuación [9, 11]:

ses

sssd

tD

tSP

20 (1)

Siendo Des: el diámetro exterior de la coraza, Ss: el esfuerzo permitido del acrílico a la

temperatura de diseño y ts: el espesor de la coraza.

Paso5. Cálculo de la longitud y el diámetro interior de la coraza. Con la finalidad de visualizar

el comportamiento del flujo del fluido a través de la coraza del intercambiador, se seleccionó

un material transparente, acrílico.

La longitud de la coraza se determinó con la siguiente expresión:

)(2 tststs ptLL (2)

Siendo Lt: la longitud total de los tubos, tts: es el espesor del espejo y pts: es la profundidad

del canal de los espejo para tener una mejor unión entre la coraza y los espejos de entrada y

salida.

El diámetro interior de la coraza, Dis, se calculó con la siguiente ecuación:

sesis tDD 2 (3)

Paso 6. Obtención de la presión interna máxima de diseño en los tubos. La presión interna

máxima de diseño en los tubos, Ptd, se calculó por [2,5]:

tit

ttttd

tD

tESP

2.1

2 (4)

Siendo St: el esfuerzo permitido del material de los tubos a la temperatura de diseño, Et: la

eficiencia de la junta de los tubos, en este caso fue de 1 por ser tubos sin costura, tt: el

espesor de la pared de los tubos y Dit: el diámetro interno de los tubos, el cual fue calculado

al sustituir el diámetro exterior de los tubos, Det: la siguiente relación:

tetit tDD 2 (5) (5)



Paso 7.- Selección del arreglo de los tubos. El arreglo más apropiado para este caso, fue el

triangular de 30o, debido a que, con este arreglo, se obtiene una mayor área de transferencia

de calor. El paso del fluido entre los tubos, Ltp se calculó con 1.5 veces el diámetro exterior

de los tubos, fp, y se expresa por:

etptp DfL (6)

El paso o claro que hay entre la coraza y el arreglo de tubos, Lbb, se determinó de la figura

mostrada por J. Taborek [3, 8], que relaciona el diámetro interno de la coraza, Dis, con el tipo

de espejo, en este caso es un espejo fijo.

Paso 8.- Obtención del número de tubos. El número de tubos se calculó de acuerdo a las

siguientes ecuaciones:

bbisotl LDD (7)

etotlctl DDD (8)

Siendo Dotl: el diámetro exterior del arreglo de tubos y Dctl: el diámetro del arreglo de tubos.

Utilizando los valores de Dotl, Lbb y la constante, C1, para un arreglo de tubos triangular de

30º (C1 = 0.866) tomada de J. Taborek [8] se calculó el número total de tubos, Ntt con la

siguiente expresión:

2

1

278.0

tp

ctltt

LC

DN (9)

Paso 9.-Obtención del área de transferencia de calor. El área de transferencia de calor del

arreglo de los tubos, Att, se determinó utilizando el diámetro interno de los tubos, Dit, la

longitud de los tubos, Lt, y del número total de tubos, Ntt, de la siguiente manera [3, 4, 8]:

tttittt NLDA4

(10)

PASO 10.- Selección y dimensionamiento de las mamparas. Del análisis realizado por R.

Flores González [9, 10, 12, 13] se observó que la mampara más apropiada para este caso,

es la mampara simple con un corte horizontal del 25%. El dimensionamiento de las

mamparas incluye el porcentaje del corte, el diámetro de las mamparas, el claro entre los



tubos y las mamparas, el claro entre la coraza y las mamparas, la distancia de las

mamparas de entrada, de salida y centrales, el número de mamparas y el espesor de éstas.

La máxima distancia entre los tubos sin soporte (es decir, los tubos dentro del espacio

segmentado de la mampara) Lb,max, se determinó con base en las características del material

de los tubos y del diámetro exterior de los tubos, Det, la cual se determina con la siguiente

expresión [3, 4,8]:

17760max, etb DL (11)

El claro que existe entre el barreno de las mamparas y los tubos, Ltb, se obtuvo de la

referencia [6] con el diámetro exterior de los tubos, Det, y la máxima distancia no soportada

de los tubos, Lb,max.

El claro entre las mamparas y los tubos, obtenido, esta dentro del rango establecido por

TEMA y Saunders [1, 4].

El claro mínimo que hay entre la coraza y las mamparas, Lsb, se determinó con el diámetro

interno de la coraza, Dis, al utilizar la siguiente ecuación [3, 8]:

issb DL 004.06.1 12)

Este valor es menor al recomendado por TEMA [1], asegurando menor fugas entre el claro

de la coraza y las mamparas. La figura 1 muestra los claros entre las mamparas con la

coraza y los tubos.

Figura 1. Claros entre las mamparas con la coraza y tubos[9]



El diámetro de las mamparas, Db, se calculó con el diámetro interno de la coraza, Dis, y el

claro que hay entre la coraza y mamparas, Lsb, utilizando la siguiente expresión:

sbisb LDD (13)

El corte de las mamparas, Cb, se calculó con el diámetro interno de la coraza, Dis, y del

porcentaje de corte, Bc, que en este caso fue del 25% ideal para mamparas segmentadas

simples, por medio de la siguiente expresión [3, 4, 8]:

100

iscb

DBC (14)

El diámetro de los barrenos de las mamparas se determinó con la siguiente expresión:

tbetbb LDD (15)

Siendo Dbb: el diámetro de los barrenos de las mamparas y Ltb: el claro entre las mamparas y

los tubos. La figura 2 muestra la mampara simple con el diámetro y corte calculados, así

como el diámetro de los barrenos de las mamparas.

Figura 2. Mampara simple con corte horizontal [9,10,12]

La longitud de los tubos que hay entre los espejos fijos, Lti, se calculó de la siguiente manera

[6]:

tstti tLL 2 (16)

Siendo Lt: la longitud total de los tubos y tts: el espesor de los espejos fijos.



Para determinar la distancia de separación entre las mamparas centrales, se utilizó la figura

mostrada en la referencia [8], cual utiliza para mamparas segmentadas simples sin cambio

de fase del fluido en la coraza, como en este caso.

Esta figura relaciona el porcentaje de corte de la mampara, Bc, la distancia entre mamparas

centrales, Lbc, y el diámetro interno de la coraza, Dis. El valor obtenido de la figura anterior se

relaciona de la siguiente manera:

45.0is

bc

D

L (17)

Despejando a Lbc se obtiene la separación entre mamparas centrales:

isbc DL 45.0 (18)

La distancia entre mamparas centrales calculada está dentro de los establecidos por TEMA,

Taborek y Kakac [1, 3, 8,14], con la cual se logra un recorrido óptimo del fluido a través del

arreglo de tubos.

El número de mamparas que direccionan el flujo de trabajo en la coraza a través del arreglo

de tubos, se determinó de la siguiente manera [3]:

1bc

tib

L

LN (19)

siendo Nb: el número de mamparas, Lti: la longitud de los tubos entre espejos y Lbc: la distanc

ia entre mamparas centrales.

El número de mamparas obtenidos a lo largo de la coraza fue de 12, este número de

mamparas permitió la adecuada distancia de la mampara de entrada y salida, como lo

recomienda TEMA [1] y Gupta [1,15].

La distancia de la mampara de entrada y salida, Lb,ent y Lb,sal, con respecto a los espejos fijos

fue la misma para este caso, debido a que permitieron la adecuada distancia del diámetro

exterior de las boquillas de entrada y salida de la coraza como lo sugiere Saunders [4] y ésta

se calculó con la siguiente expresión:



))1((5.0,, bbctisalbentb NLLLL (20)

Siendo Lti: la longitud de los tubos, Lbc: la distancia entre mamparas centrales y Nb: el número

de mamparas. La figura 3 muestra la distancia de la mampara de entrada y de salida y el

número de mamparas en la coraza.

Figura 3. Distancia de las mamparas de entrada, centrales y finales [9]

El espesor de las mamparas se determinó considerando el diámetro exterior de la coraza y la

distancia entre mamparas centrales calculados anteriormente.

PASO 11.- Dimensionamiento de los espejos. El tipo de espejo seleccionado fue de tipo fijo,

el cual también se utiliza como brida. El espesor del espejo fijo se calculó de la siguiente

manera [1,3]:

ts

ts

stists Cp

S

PFDt 2

2

, (21)

Siendo ts: el espesor de los espejo fijos, F: un factor para espejos fijos, Dis: el diámetro

interno de la caraza, Ptd,sd: la presión de diseño entre la coraza y tubos, Sts: el esfuerzo

permisible a la temperatura de diseño del material del espejo y Cpts:

la corrosión permisible de los espejos que en este caso fue el doble al considerar el flujo de

la coraza y tubos [1, 2].

Después de determinar el espesor del espejo, se obtuvieron las siguientes dimensiones de

éste el diámetro exterior del espejo, Dets, el diámetro del círculo de los barrenos, Ccb, el

diámetro de los barrenos de los pernos, db, y el número pernos, Np.



Estos datos se tomaron con referencia a los de la brida para lograr un buen montaje y

ensambles entre ambos componentes durantes su instalación.

Paso 12.- Dimensionamiento de los cabezales. Los cabezales de entrada y salida

seleccionados fueron de tipo bonete, con este tipo se obtiene una mejor distribución del flujo

en el arreglo de tubos, este consta del canal, tapa elipsoidal y brida.

Para calcular el espesor del canal primero se determinó el radio exterior del canal, Rec, con el

diámetro exterior del canal, de la siguiente manera:

ecec DR 5.0 (22)

El espesor del canal, tc, se calculó utilizando el valor de la presión de diseño de los tubos, Ptd,

el esfuerzo del material del canal a la temperatura de diseño, Sc, la eficiencia de la junta del

canal que es de 1 por ser un tubo sin costura, Ec, y la corrosión permitida del canal, Cpc, con

la expresión [2,5,6]:

c

tdcc

ectd

c CpPES

RPt

6.0 (23)

Debido a que el espesor del canal obtenido fue mayor al especificado por TEMA [1], se

seleccionó un tubo para fabricar el canal fue de cédula 40.

El espesor de las tapas de los cabezales se calculó con la siguiente expresión [2,5,7]:

cc

tdcccc

ecctdcc Cp

PES

DPt

2.02 (24)

Siendo Ptd: la presión de diseño de los tubos, Scc: el esfuerzo del material de la tapa a la

temperatura de diseño, Ecc: la eficiencia de la junta de la tapa que es 1 por ser una pieza

fundida y Cpcc, es la corrosión permitida de la tapa [1, 2].



Para realizar una mejor unión del canal y de la tapa por soldadura, TEMA [1] y ASME [2]

recomiendan que el espesor de ambos componentes sean iguales, debido a esto se

seleccionó la cédula 40 como espesor de la tapa elipsoidal.

Con los espesores del canal y de la tapa elipsoidal, se calcularon las dimensiones de los

cabezales, esta fueron la longitud tanto del canal y de la tapa, y la profundidad de las tapas.

Estos cálculos se realizaron de acuerdo a las recomendaciones de ASME [2], Megyesy [5] y

Harris [6], por medio se las siguientes expresiones:

ecccc Dd 8.0 (25)

ecccc DR 9.0 (26)

ecccc Dr 173.0 (27)

eccDh 25.01 (28)

12 33.0 hh (29)

21 hhhcc (30)

Siendo Decc: el diámetro exterior de la tapa elipsoidal, dcc: el diámetro, Rcc: el radio exterior de

la tapa, rcc: el radio exterior de curvatura de la tapa, h1: la profundidad de la tapa, h2: la

extensión de la tapa y hcc: la longitud total de la tapa.

La longitud total del cabezal que permite una buena distribución del fluido de trabajo en los

tubos, Hc, se calculó con el diámetro de la coraza, Ds, de la siguiente manera:

sc DH (31)

Para determinar la longitud del canal, hc, se le restó la longitud total de la tapa, hcc, a la

longitud total del cabezal con lo que se obtiene la siguiente expresión:

cccc hHh (32)

Las figuras (4) y (5) muestran las dimensiones calculadas de la tapa elipsoidal y del cabezal,

respectivamente.



Figura 5. Dimensiones del cabezal [9]

Paso 13. Dimensionamiento de las bridas. Las bridas de los cabezales seleccionadas fueron

de tipo deslizable, las dimensiones de esta fueron obtenidas de TEMA [1] y Megyesy [5].

Siendo Debc y Dibc, el diámetro exterior e interior de la brida, tbc: es el espesor de la brida, Sb,

la separación entre pernos, Ccb: el diámetro del círculo de los pernos, db: el diámetro de los

pernos: Kb: el diámetro de asentamiento del empaque, Gb: el diámetro, jb: el escalón de

asentamiento del empaque y Np: el número de pernos.

4.- Descripción del intercambiador de calor

La figura 6 muestra el intercambiador de calor de tubo y coraza diseñado y fabricado. A

continuación se da una breve descripción de los principales componentes de este equipo.

Figura 4. Dimensiones de la tapa elipsoidal [9]



Figura 6. Principales componentes del intercambiador de calor de tubo y coraza [9].

1. Coraza. Es la envolvente cilíndrica que contiene al arreglo de los tubos y a través de ella

circula un fluido, tiene dos boquillas para la entrada y salida del fluido. El material

seleccionado para este componente fue el acrílico, con la finalidad de visualizar el flujo del

fluido.

2. Arreglo de los tubos. Los tubos proporcionan el área de transferencia de calor requerido.

Se determinó un arreglo de tubos lisos, triangular de 30°, debido a que éste arreglo permite

la mayor área de transferencia de calor.

3. Espejos fijos. Son elementos circulares que sirven para soportar los tubos y separar los

fluidos que circulan a través de los tubos y la coraza. También se utilizan como bridas, para

unir el cabezal con la coraza.

4. Mamparas. Son placas circulares con un corte del 25%. Se utilizan para dirigir el fluido a

través del arreglo de los tubos en el lado de la coraza. También funcionan como soportes

para los tubos evitando hundimiento de éstos y daños por vibraciones.

Barras de soporte

2.Arreglo de tubos

3. Espejo fijo

4. Mamparas

5A Canal

6.Boquilla de los cabezales

Boquilla de los cabezales

7. Brida deslizables

Boquilla de la coraza

3. Espejo fijo

1. Coraza

5. Cabezal



5. Cabezal: El cabezal está compuesto por el canal y la tapa.

5A. Canal. Es una sección tubular donde se ensambla la tapa semi-elipsoidal y la boquilla

de entrada del fluido hacia los tubos.

5B. Tapa semi-elipsiodal. Es la sección donde entra el fluido y éste se distribuye hacia los

tubos. Los cabezales elipsoidales son los más utilizados y recomendados para diámetros

pequeños.

6. Boquillas de coraza y cabezal. Son los conductos por los cuales entra y sale el fluido del

intercambiador.

7. Bridas del cabezal. Son los elementos que unen al cabezal y los espejos.

RESULTADOS

La tabla 3 muestra las dimensiones de los componentes del equipo, obtenidas con el

programa computacional desarrollado con base en la metodología propuesta.

Tabla 3. Resultados obtenidos de la metodología propuesta

Componente Símbolo Dimensión

Coraza:

Presión de diseño de la coraza Psd (MPa) 9.9

Diámetro interno de la coraza Dis (mm) 185

Longitud de la coraza Ls (mm) 1163.6

Tubos:

Presión de diseño de los tubos Ptd (MPa) 5.7

Diámetro interno de los tubos Dit (mm) 14.5

Paso entre tubos Ltp (mm) 19.8

Claro entre coraza-arreglo de tubos Lbb (mm) 14

Diámetro exterior del arreglo de tubos Dotl (mm) 171

Dist. del centro de la coraza a los últimos tubos Dctl (mm) 155

Número total de tubos Ntt (tubos) 55

Área de transferencia de calor del arreglo de tubos Att (m2) 3.29

Mamparas:



Espesor de las mamparas tb (mm) 1.6

Claros entre mamparas-tubos Ltb (mm) 0.4

Claro entre coraza-mamparas Lsb (mm) 2.34

Distancia entre mamparas centrales Lbc (mm) 83.25

Diámetro de las mamparas Db (mm) 182.7

Corte de las mamparas Cb (mm) 46

Diámetro de los barrenos de las mamparas Dbb (mm) 16.28

Longitud de los tubos entre espejos Lti (mm) 1143.6

Número de mamparas Nb (mamparas) 12.7

Distancia de la mampara de entrada y de salida Lb,ent/sal (mm) 113.9

Barras de soporte:

Diámetro de las barras de soporte Dbs (mm) 6.35

Número de barras de soporte Nbs (barras) 4

Espejos:

Espesor de los espejos tts (mm) 29.8

Diámetro exterior de los espejos Dets (mm) 342.9

Diámetro del circulo de los pernos Ccb (mm) 298.5

Diámetro de los pernos db (mm) 22.2

Número de pernos Nb (barrenos) 8

Canales:

Diámetro exterior del canal Dec (mm) 219.1

Espesor del canal tc (mm) 7.8

Longitud del canal hc (mm) 112.2

Tapas:

Diámetro exterior de la tapa Decc=Dec (mm) 219.1

Espesor de la tapa tcc (mm) 7.7

Radio exterior de la tapa Rcc (mm) 197.17

Radio exterior de curvatura de la tapa rcc (mm) 37.90

Profundidad de la tapa h1 (mm) 54.77

Extensión de la tapa h2 (mm) 18.07

Longitud total de la tapa hcc (mm) 72.8

Longitud total del cabezal H (mm) 185

Bridas:

Diámetro externo de la brida Debc (mm) 342.9

Diámetro interno de la brida Dibc (mm) 221

Espesor de la brida tbc (mm) 28.6



Longitud de la campana Lb (mm) 44.6

Circulo de los pernos de la brida Ccb (mm) 298.5

Diámetro de los pernos db (mm) 22.2

Diámetro de asentamiento del empaque Kb (mm) 269.9

Diámetro de la campana en la base Gb (mm) 246.1

Escalón de asentamiento del empaque jb (mm) 1.59

Número de pernos Np (barrenos) 8

La figura 7 muestra la fotografía del intercambiador de tubo y coraza diseñado y fabricado,

instalado en un banco de pruebas, el cual fue implementado para el estudio del

comportamiento del intercambiador de calor.

Figura 7. Fotografía del intercambiador de calor de tubo y coraza en operación.



CONCLUSIONES

La eficiencia óptima de un intercambiador de calor requiere, de un buen diseño y una

apropiada selección de los materiales para su fabricación. Para lograr esto, es

conveniente contar con una metodología, puesto que la investigación científica se define

como la serie de pasos que conducen a la búsqueda de conocimientos o desarrollo de

proyectos científicos y tecnológicos aplicando métodos y técnicas. El método para el

desarrollo del conocimiento científico es un procedimiento riguroso, de orden lógico, con

el propósito de demostrar una teoría o resolver un problema práctico.

Este trabajo muestra que desarrollando una metodología es posible realizar proyectos de

desarrollo tecnológico, que tanto se necesitan en nuestro país, obteniendo resultados

más eficientes y confiables, la metodología es una herramienta que relaciona una

propuesta de investigación o un problema a resolver con los resultados.

REFERENCIAS

Standards of Tubular Exchangers Manufacturers Association, 1988, 7th ed., New York, pp. 3-

7, 13-18,58-94, 133-136, 191-196.

American Society of Mechanical Engineers Boiler and Pressure Vessel Code, Section VIII,

Div. 1, 2001, New York.

Taborek, J., 1992, Handbook of Heat Exchangers Design, New York, Begell House, Inc., pp.

3.3.4-1-3.3.4-6, 3.3.5-1-3.3.5-17.

Saunders, E. A. D., 1988, Heat Exchangers Selection, Design y Construction, New York,

John Wiley & Sons, Inc., pp. 3-83, 475-524.

Megyesy, E. F., 2001, Manual de Recipientes a Presión, 7ta. Ed., Editorial Limusa, México,

pp. 13-25, 85-96, 98-104, 118-128, 140-160, 192-199, 237, 324-333.



Harris, D., Morris, M., 1983, Heat Exchanger Design Handbook: Mechanical Design of Heat

Exchangers, 1ra. ed., U.S.A., Hemisphere Publishing Corporation, Vol. 4, p. 4.3.2-2-4.3.2-11,

4.3.6-1-4.3.6-23.

Spencer, T. C., 1986, Mechanical Design and Fabrication of Shell and Tube Heat Exchanger,

ASME Pressure Vessels and Piping Division, Houston, Texas, p. 131-134.

Taborek, J., 1992, Shell and Tube Heat Exchanger. Chapter 3. Heat Exchanger Design

Hemisphere, G. F. Hewitt. Begell House, Inc. New York.

Flores, González. R., 2007, Diseño, Fabricación y Validación Experimental de un

Intercambiador de Calor de Tubo y Coraza, Tesis de Maestría, IPN, México.

Flores, González. R., Aguilar, Osorio. R., 2005, Selección de Materiales para la Fabricación

de un Intercambiador de Calor de Tubo y Coraza, 4º Congreso Internacional de Ingeniería

Electromecánica y de Sistemas, IPN, México, p. 5-11

Technical Manual Pressure Pipelines, 1999, AKATHERM-KMF, Holland.

Flores, González R., Aguilar, Osorio R., 2006, Diseño y Fabricación de Mamparas para un

Intercambiador de Calor de Tubo y Coraza, 9º Congreso Nacional de Ingeniería

Electromecánica y de Sistemas, IPN, México.

Mukherjee, R., 1998, Effectively Design Shell and Tube Heat Exchangers, Chemical

Engineering Progress, India, p. 21-37.

Kakac, S., Liu, H., 1998, Heat Exchangers: Selection, Rating, and Thermal Design, 1ra. ed.,

U.S.A., Library of Congress Cataloging-in-Publication Data, p. 249-300.

Gupta, J. P., 1986, Fundamentals of Heat Exchanger and Pressure Vessel Technology, 1ra.

ed., U.S.A, Hemisphere Publishing Corporation, p. 1-54, 361-365, 375-377.

Metodologa para el dise±o de un intercambiador de calor de tubo

Documents

Transcript of Metodologa para el dise±o de un intercambiador de calor de tubo