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.