unitarias: intercambiador de calor

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  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Universidad Nacional Experimental

    “Francisco de Miranda”

    Operaciones Unitarias I

    INTERCAMBIADORESDE CALOR

    UNIDAD I

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    ContenidINTERCAMBIADORES DE CALOR INTERCAMBIADORES DE CALOR  Introducción Definiciones Básicas

    Energía

    Calor 

    Trabajo

    Energía InternaTemperatra

    !rimera "e# de la Termodin$mica

    Trans%erencia de Calor 

     Mecanismos de Transferencia de

    Calor  Condcci&n

    Convecci&n

    'adiaci&n

     Eui!os de Transferencia de Calor 

     (e acerdo al tipo de servicioDe acuerdo a su Configuración o

    Construcción

    Intercam"iador de Carcasa # Tu"o

    EstrctraClasi%icaci&n

     Elementos del Intercam"iadorde Calor de Carcasa # Tu"oTbos

    (e%lectores o )a%les

    Carcasa*

    Selección del $luido!or los tbos

    !or la carcasa

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    ContenidINTERCAMBIADORES DE CALOR INTERCAMBIADORES DE CALOR Ca%da de &resión

        Ecuaciones Básicas !ara elIntercam"iador de Calor 

     

    Condcci&n

    Convecci&n

    Coe%iciente global de trans%erencia decalor*

    Factores de ensciamiento*

    Coe%iciente limpio de trans%erencia de

    calor 

     Diferencia de Tem!eratura MediaLo'ar%tmica (LMTD)

     

      Diferencia de Tem!eratura MediaEfecti*a+

     Tem!eratura de la &ared

        &rocedimiento ,eneral de Dise-o

      Ta"las # ,ráficos

    Dise-o de un Intercam"iador de Calor de Carcasa #Tu"o

      !rocedimiento manal  +oja de C$lclo

    !rograma

    E*aluación de un Intercam"iador de Calor de Carcasa #Tu"o

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    E.UI&OS DONDE SE REALI/A EL$EN0MENO DE TRAS&ORTE DE

    TRAS$ERENCIA DE CALORENTRE DOS $LU1DOS

    DefniciónINTERCAMBIADORES DE CALOR INTERCAMBIADORES DE CALOR 

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Un intercam"iador de calor es un eui!outili2ado !ara enfriar un fluido ue está

    más caliente de lo deseado3 transfiriendoeste calor a otro fluido ue esta fr%o #necesita ser calentado+

    La transferencia de calor se reali2a atra*4s de una !ared metálica o de untu"o ue se!ara am"os fluidos

    DefnicionINTERCAMBIADORES DE CALOR INTERCAMBIADORES DE CALOR 

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    La función "ásica de los intercam"iadores es latransferencia de ener'%a t4rmica entre dos omás fluidos a diferente tem!eratura+

    El calor flu#e3 como resultado del 'radiente detem!eratura3 desde el fluido caliente 5acia el fr%oa tra*4s de una !ared de se!aración3 la cual sele denomina su!erficie o área de transferenciade calor+

    Es decir3 no e6iste fuente de ener'%a t4rmica enun intercam"iador+

    DefniciónINTERCAMBIADORES DE CALOR INTERCAMBIADORES DE CALOR 

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Las funciones de un intercam"iador en la industria7

    Recu!eración de calor7 la corriente fr%a recu!era !artedel calor contenido en la corriente caliente+ Es decir3calentamiento # enfriamiento de las corrientesin*olucradas3 las cuales flu#en simultáneamente aam"os lados del área de transferencia de calor+

    E*a!oración7 una de las corrientes in*olucradas en elintercam"io de calor cam"ia de fase l%uida a *a!or+

    Condensación7 una de las corrientes in*olucradas enel intercam"io de calor cam"ia de fase *a!or a fasel%uida+

     

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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     'e%rigerador     'ervidor 

     Condensador     ,enerador de vapor 

     En%riador 

     Calentador 

     -obrecalentador 

     .apori/ador 

    Clasifcación

    SEGÚN SU SERVICIO SEGÚN SU SERVICIO 

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Enfriadores de aire+

    ClasifcaciónSEGÚN SU CONFIGURACIÓN O

    CONSTRUCCIÓN 

    SEGÚN SU CONFIGURACIÓN O

    CONSTRUCCIÓN 

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Enfriadores de aire+

    Clasifcación

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Enfriadores de aire+

    Clasifcación

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Clasifcación

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Intercam"iadores de do"le tu"o+

    ClasifcaciónSEGÚN SU CONFIGURACIÓN O CONSTRUCCIÓN SEGÚN SU CONFIGURACIÓN O CONSTRUCCIÓN 

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Intercam"iadores de do"le tu"o+

    ClasifcaciónSEGÚN SU CONFIGURACIÓN O CONSTRUCCIÓN SEGÚN SU CONFIGURACIÓN O CONSTRUCCIÓN 

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    ClasifcaciónSEGÚN SU CONFIGURACIÓN O CONSTRUCCIÓN SEGÚN SU CONFIGURACIÓN O CONSTRUCCIÓN 

    Intercam"iadores ti!o carcasa # tu"o+

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Haz de tubo encerrado enuna carcasa cilíndrica, es elmás utilizado por su gran

    versatilidad, de bajo costo,ácil de limpiar y se

    encuentra disponible endierentes tamaños

    Defnicion

    INTERCAMBIADORES DECARCASA Y TUBO INTERCAMBIADORES DECARCASA Y TUBO 

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    INTERCAMBIADORES DE

    CARCASA Y TUBO 

    INTERCAMBIADORES DE

    CARCASA Y TUBO 

     !roporciona %ljos de calor elevados en relaci&n con s peso # volmen

     Es relativamente %$cil de constrir en na gran variedad de tama0os

     Es bastante %$cil de limpiar # reparar 

     Es vers$til # pede ser dise0ado para cmplir pr$cticamente con

    cal1ier aplicaci&n

    Características

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Carcaza cilíndrica

    (e%lectores transversales

    2ba%%les3

    )o1illa de la carca/a

    )o1illa de la carca/a

    )o1illa para los tbos

    Tubos

    Placa de tubos

    (e%lectores

     longitdinales

    )o1illa para los tbos

    structuraINTERCAMBIADORES DE

    CARCASA Y TUBO 

    INTERCAMBIADORES DE

    CARCASA Y TUBO 

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Clasifcación-e dise0an

    TEMA7 T ubular E  xchanger M anufacturers Association

    -eg4n est$ndares pblicados por Asociación de Fabican!es dein!eca"biadoes !#b#$aes

    Intercambiadores decarcaza y tubo

    Los intercam"iadores de calor de tu"o # carcasa seclasifican de acuerdo a estándares 'enerales ue

    contienen información so"re dise-o3 fa"ricación #materiales de construcción del eui!o+

    La nomenclatura TEMA3 es un or'anismo uere'ula # norma la construcción # mantenimiento deestos eui!os

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Clasifcación-e dise0an

    TEMA7 T ubular E  xchanger M anufacturers Association

    Clase R Clase C Clase B

    %e!ó$eo & a'$icaciones e$acionadas

    %ocesos (#)"icos

    %o'ósi!os *enea$es

    -eg4n est$ndares pblicados por Asociación de Fabican!es dein!eca"biadoes !#b#$aes

    Intercambiadores decarcaza y tubo

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    TEMA clase R7 est$ orientada a los re1erimientosm# severos de la indstria petrolera # aplicaciones de

    proceso* Esta clase debe ser seleccionada en base ala drabilidad # segridad*

    TEMA clase C7 -e tili/a  para re1erimientosmoderados # aplicaciones de proceso en general* "as

    condiciones para el so de este tipo de intercambiador

    de calor son 1e los %actores de ensciamiento sean

    menores de 5*55567 m89:C;< 25*558 =pie8:F;)TU3 #

    las tolerancias de corrosi&n menores a 6 mm 2>;?

    plg3* 

    TEMA clase B7  -on similares a los tipos C@ pero lastolerancias de man%actra son speriores* !or lo

    general este tipo de intercambiador de calor@ no se saen re%inerías

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Tipo C peden ser e1ipos c#a %recencia de

    mantenimiento es baja* En esta categoría se encentran los

    intercambiadores de servicio aga;aga@ en%riadores de

    aire@ # aplicaciones similares de corrientes 1e no sean=idrocarbrosA tambiBn se incl#en algnos servicios de

    =idrocarbros livianos@ tales como intercambiadores para

    %racciones livianos de crdo@ calentadores de aceite

    lbricante # algnos calentadores de tan1es de scci&n*!ara estos servicios@ se debería considerar la constrcci&n

    Clase C* Dn1e las nidades 1e se %abrican de acerdo a

    la Clase ' o a la Clase C@ cmplen con todos los re1isitos

    de los c&digos pertinentes@ 2D-ME otros c&digos

    nacionales3A las nidades Clase C se dise0an para lograrna ma#or economía@ pdiBndose consegir n a=orro en

    costos de =asta el 7 con respecto a las nidades Clase '*

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Estos tres ti!os a!lican !ara todos losintercam"iadores de carcasa # tu"o con laslimitaciones si'uientes

     (i$metro interno de la carcasa menor o igal a G5 plgadas@  !resi&n por el lado de la carcasa 1e no exceda 6555 psig@   !rodcto di$metro interno de la carcasa por presi&n 1e no

    excedade G5555 plg x psig*

    Estas limitaciones se consideran !ara ue el es!esorde la carcasa no sea ma#or de 8 !ul'adas*

    Los estándares TEMA contienen una sección de9"uena !ráctica recomendada: donde se !ro*eeinformación adicional !ara diámetro de carcasa

    5asta ;

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Designación de intercambiadores AES

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Designación de intercambiadores AES

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Es el m$s com4n entre los cabe/ales %ijos@ se tili/a con

    placa de tbo %ija@ tbos en %orma de U # bancos detbos removibles* Este tipo de cabe/al se tili/a mc=o

    si se espera limpie/a %recente por el interior de los

    tbos*

    AESEs n barril cilíndrico o

    canal con bridas en ambos

    extremos@ no de los

    cales permite el acceso alcanal # el otro se sjeta con

    pernos a la =oja de tbos

    %ija o a na brida al %inal de

    la carca/a*Canal # carcasa desmonta"le 

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    AES

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    AES

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    AESEste tipo de cabe/alpresenta n canal

    removible con na cbierta

    integral soldado en nextremo # na brida en el

    otro@ sjeta con pernos a la

    =oja de tbos@ son m$s

    econ&micos 1e los otrostipos # despBs de remover el

    cabe/al se tiene acceso

    ilimitado al =a/ de tbos*

    -e sa con placa de tbo %ija@ tbos en %orma de U@ bancos detbos removibles # carca/as de di$metros grandes* Este tipo

    de cabe/al es normalmente sado s&lo cando el %actor de

    ensciamiento en el lado del tbo es menor 1e 5*55567

    m8:C;< con limpie/a 1ímica especí%ica*

    Casuete (Carcasa inte'rada

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    AES

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    AESEl canal con cbiertaremovible es integral con la

    placa de tbo* Existen dostipo C

    HEl canal viene pegado a la

    carcasa con na conexi&n de

    brida # es sada para tbos

    en U # =aces removibles*HEl canal es integral con la

    carcasa # es sada con

    dise0os de placa de tbo %ija*

    El so de cabe/ales tipo C con tbos en U # =acesremovibles no es recomendable@ pes el canal es integral

    con el =a/ de tbo # esto complica s mantenimiento*

    Canal inte'rado con !anel de tu"os# carcasa desmonta"le

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    AESEste tipo de cabe/al esespecial para presiones altas@

    se sa cando la presi&n de

    dise0o en el lado de los tbosexcede G55 J!a man* Dprox

    2>555 !si3* El canal # la placa

    de tbo tienen constrcci&n

    %orjada integral* "a cbiertadel canal est$ sjeta por

    tornillos especiales de alta

    presi&nCierre es!ecial a alta

    !resión

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    AES

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    AES

    L

    Este ti!o de construcción es similaral ca"e2al anterior fi=o ti!o A+ Esusado en intercam"iadores de !lacade tu"o fi=o3 cuando se reuierelim!ie2a mecánica de los tu"os+

    M

    Este tipo de constrcci&n es similar alcabe/al anterior %ijo tipo )* Es sado enintercambiadores de placa de tbo %ijo*

    N

    Este tipo de constrcci&n es similar alcabe/al anterior %ijo tipo N* Es sado enintercambiadores de placa de tbo %ijo*

    Ti!os de ca"e2al !osterior 

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    AES

    &

    Llamado cabezal flotante empacadoexternamente, es integral y está formadopor un canal posterior y placas de tubocon empaquetamiento sellador de juntas

    contra la Carcasa. No se usa normalmentedebido a que las juntas con empacadurastienen tendencia a gotear. Este nuncadebe ser usado con hidrocarburos o confluidos txicos en el lado de la Carcasa

    S

    Este modelo es construido con una placa detubo flotante entre un anillo dividido y unacubierta de placa de tubo. El ensamblado de laplaca de tubo se puede mover librementedentro de la cubierta de la Carcasa. (Lacubierta de la Carcasa debe ser de diseño

    removible para permitir el acceso alensamblado del cabezal flotante). A menos quelas filiales de las Empresas prefieran uncabezal diferente, este tipo de cabezalposterior es recomendable para uso con diseño

    de haces de tubos removibles*

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    AES

    T

    Este tipo es construido conplaca de tubos flotanteatornillada a la cubierta de laplaca de tubo. Este tipo puede

    ser usado con cubierta deCarcasa integral o remo!ible"com#n$. %uchas filialesprefieren este tipo de cabezal

    posterior con dise&os de hacesde tubos remo!ibles debido a lafacilidad en el alado del hazpara hacerle mantenimiento

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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     La !rimera letra es la indicati*a del ti!o del ca"e2alestacionario+

    Los tipo A Canal ! cubierta desmontable" ! B Cas#uete" son

    los m$s comunes+

    La se'unda letra es la indicati*a del ti!o de carcasa+

    La m$s com%n es la & de un paso" la ' de dos pasos es mas

    complicada de mantener(

    Los tipos )* + ! , se utilizan para reducir las perdidas de presión en el carcasa  condensadores al vacío o gases a baja

    presi&n3(

    &l tipo - es el tipo de reher.idor de caldera utilizado en torre defraccionamiento+

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    La tercera letra nos indica el ti!o de ca"e2al del e6tremo!osterior3 los de ti!o S 3 T # U son los más utili2ados+

     &l tipo / cabezal flotante con dispositi.o de apo!o" el di$metrodel cabezal es ma!or #ue el de la carcasa ! ha! #uedesmontarlo para sacarlo(

    &l tipo T Cabezal flotante sin contrabrida" puede sacarse sin

    desmontar* pero necesita ma!or di$metro de carcasa para la

    misma superficie de intercambio(

    &l tipo 0 haz de tubo en 0" es el mas económico* pero a la

    hora de mantenimiento necesita una gran .ariedad de

    tubos de repuesto(

    U i "i d d l d " f

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Un intercam"iador de calor de carcasa # tu"o conformea las Normas TEMA se identifica con

    Tama-o 8>?;@8 Ti!o AES

     8>7 el diámetro en !ul'adas de la carcasa (redondeadoal !ró6imo entero)+

    ;@87 la lon'itud nominal de los tu"os en !ul'adas (;!ie)+

    A7 Ca"e2al anterior fi=o

    E7 Carcasa de un solo !aso

    S7 Ca"e2al flotante !osterior de anillos di*ididos

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    (e cabe/al %ijo )EM

    INTERCAMBIADORES DE

    CARCASA Y TUBO 

    INTERCAMBIADORES DE

    CARCASA Y TUBO 

    TIENEN LAS DOS &LACAS DE TUBOSOLDADAS A LA CARCASA

    De ca"e2al fi=o Ca"e2al &osterior ti!os L M o N)

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    De ca"e2al fi=o Ca"e2al &osterior 3 ti!os L3 M o N)

    "as 8 placas de tbos soldadas a la carcasa@ #

    son los intercambiadores m$s econ&micos para

    dise0o de baja presi&n "os tbos interiores se peden limpiar

    mec$nicamente despBs de remover la tapa del

    canal

      El banco de tbos no se pede extraer # slimpie/a exterior se debe reali/ar 1ímicamente*

    -e tili/a para %lidos limpios por el lado de la

    carcasa@ como vapor de aga@ re%rigerante@ gases@

    entre otros@ los %lidos ensciantes deben circlar

    por los tbos* No presentan niones internas por lo cal elimina

    partes potenciales de %gas@

    (e cabe/al %ijo Cabe/al !osterior@ tipos "@ M o N3

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    (e cabe/al %ijo Cabe/al !osterior @ tipos "@ M o N3

    "os tbos peri%Bricos se peden colocar m# cerca de la

    cara interna de la carcasa

    El n4mero de tbos para n determinado di$metro decarcasa es ma#or 1e para cal1ier otro tipo de

    intercambiador  -e peden tili/ar para altas presiones o %lidos t&xicos* "a combinaci&n de temperatras # coe%icientes de

    expansi&n de la carcasa # los tbos drante el servicio

    casan na expansi&n di%erencial 1e si no pede ser

    absorbida por el e1ipo@ es recomendable tili/ar jnta de

    expansi&n en la carcasa otro tipo de intercambiador*

    Una jnta de expansi&n pede ser re1erida cando existana di%erencia de m$s de 8?:C 275:F3 entre la temperatra

    promedio del metal del tbo # la temperatra promedio del

    metal de la carca/a

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    INTERCAMBIADORES DE

    CARCASA Y TUBO 

    INTERCAMBIADORES DE

    CARCASA Y TUBO 

    En %orma de “U” Tipo CFU

    TIENEN UNA &LACA DONDE SE INSERTANLOS TUBOS EN $ORMA DE U3 LOSCUALES SE MUEEN LIBREMENTE EN

    RELACI0N CON LA CARCASA

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    INTERCAMBIADORES DE

    CARCASA Y TUBO 

    INTERCAMBIADORES DE

    CARCASA Y TUBO 

    (e cabe/al %lotantes Tipo DE-

    SE CARACTERI/A &OR TENER UNA OA DETUBOS $IA MIENTRAS .UE LA OTRA $LOTALIBREMENTE &ERMITIENDO ELMOIMIENTO

    DI$ERENCIAL ENTRE LA CARCASA EL TUBO

    (e cabe/al %lotantes

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    (e cabe/al %lotantes

    -e caracteri/an por tener na =oja de tbos

    %ija@ mientras 1e la otra %lota librementepermitiendo el movimiento di%erencial entre la

    carcasa # los tbos -e pede extraer todo el =a/ de tbo para la

    limpie/a* Existen catro tipos de cabe/ales %lotantes

    TEMD -@ TEMD T@ TEMD < # TEMD !@ 1e

    s&lo di%ieren en el dise0o del cabe/al   Independientemente del dise0o del cabe/al

    Bstos intercambiadores para n di$metro decarcasa dado@ peden alojar menos tbos

    1e los tipo en %orma de U*

    'esmiendo los tipos de intercambiadores de

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

    50/125

    'esmiendo@ los tipos de intercambiadores de

    tbo # carca/a@ en orden de incremento de

    costos@ para rango de presiones desde

    moderadas a altas@existentes son

    1( Intercambiador de cabe/al %ijo*

    2( Intercambiador con tbos en U*

    3( Intercambiador de cabe/al %ijo con jnta deexpansi&n o jnta de empa1es*

    4( Intercambiador de cabe/al %lotante*

    El dise0ador debería elegir el tipo de

    intercambiador menos costoso@ 1e sea

    aplicable al caso en estdio*

    t d l i t bi d d

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    entos del intercambiador de carcasa y

    El nFmero de carcasas de!ende del área reuerida# de la má6ima ca!acidad de un intercam"iadorindi*idual+

    Normalmente los diámetros de casco estánlimitados a GH !ul'adas3 la lon'itud a G< !ies # el!eso del "anco de tu"os a ; toneladas+

    &ara el mismo diámetro de carcasa el nFmero de

    tu"os ue se !uede colocar dentro de ella de!endedel ti!o de intercam"iador3 e=em!lo3 los de ca"e2alfi=o tienen más tu"os ue los flotantes # estos másue los de "ancos de tu"os de arrastre (!ull

    t5rou'5)+

    CARCASA

    t d l i t bi d d

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    entos del intercambiador de carcasa y

    Carcasas en serie7

    Las carcasas mFlti!les tienen la *enta=a de

    ele*ar el factor de corrección de tem!eratura$T o $N #

    Carcasas en !aralelo7

      Cuando se reuiere reducir la ca%da de!resión3 siem!re # cuando no se ten'anser*icios *iscosos o !rocesos de *a!ori2ación

    CARCASA

    t d l i t bi d d

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    entos del intercambiador de carcasa y

    !roporcionan la sper%icie de trans%erencia de calor entren %lido 1e %l#e dentro de ellos # otro 1e %l#e sobre s

    sper%icie externa

    TI&OS

     !eden ser de sper%icie lisa o aleteado*  "os intercambiadores convencionales de tbo # carcasa

    san tbos de sper%icie lisa* * "os tbos con aletas amentan el $rea de trans%erencia@

    pero cestan >*K veces el costo de n tbo liso del mismo

    material*

    TUBOS

    entos del intercambiador de carcasa y

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    entos del intercambiador de carcasa y

    Estos est$n disponibles en cal1ier tipo de materialsado en la %abricaci&n de intercambiadores* -e

    encentran disponibles en varios metales como

    admiralt#@ latón  @ acero de "a=o car"ono@ co"re@aluminio@ J

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    entos del intercambiador de carcasa y

    Estos est$n disponibles en na gran variedad deespesores* El espesor esta de%inido por el calibrador

    )irming=am para alambre 2)8@

    >G@ 85 # 8L pie@ siendo la comFn en refiner%as las de 8<

    !ie+

    TUBOS

    entos del intercambiador de carcasa y

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    entos del intercambiador de carcasa yTUBOS

    "as longitdes de tbo no ma#or de K*6 m 28L pie3 son%$ciles de obtener*

    Tbos m$s largos@ =asta de >8*8 m 2L5 pie3A para acero

    al carbono # 8>*6 m 2K5 pie3 para aleaciones de cobrepeden encontrarse en los Estados Unidos*

      -in embargo@ G*> m 285 pie3 de longitd de tbo es la

    medida com4nmente pre%erida en las re%inerías@ an

    cando longitdes grandes de tbos redcen el di$metro

    de la carcasa # por lo tanto los costos del intercambiador*

    entos del intercambiador de carcasa y

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    entos del intercambiador de carcasa y

    ES&ACIADO DE LOS TUBOS"os ori%icios de los tbos no peden taladrarse m# cerca no de otro@ #a

    1e se debilita estrctralmente la placa de tbo

    Es!aciado de tu"os (Tu"e &itc5 9&T:)7Es la distancia menor de centro a centro en tbos ad#acentes* "os

    espaciamientos com4nmente sados se calclan como >*87 veces eldi$metro externo del tbo

    entos del intercambiador de carcasa y

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    entos del intercambiador de carcasa y

    CLARO O LI,ADURA 9C:

    Es la distancia mas corta entre dos tbos ad#acentes

    Siendo C &t ? De6t

    entos del intercambiador de carcasa y

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    entos del intercambiador de carcasa y

    ARRE,LO DE LOS TUBOS (TUBE LAOUT)7

     Existen catro arreglos de tbos con respecto a la direcci&n transversalentre los bordes de los de%lectores en el lado de la carcasa cadrado (@

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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      El %lido de la carcasa debe ser limpio@ para %actores de ensciamiento de 5*558 pie8 =

    :F ; )t* 25*55567 m8 :C ; 3 o menor con limpie/a 1ímica*  -e tili/an para cal1ier tipo de rBgimen de %ljo* Un intercambiador con arreglo trianglar cesta menos por m8 1e no con arreglo de 5:

    & L7: # trans%iere mas calor*  "os de placa de tbos %ijos siempre san este arreglo* El arreglo trianglar de G5: es poco sado@ debido a 1e ss características

    de trans%erencia de calor son bajas comparado con la alta caída de presi&n*

     "a ventaja 1e tiene la con%igraci&n trianglar es 1e prodce m$s trblencia # por lo

    tanto prodce mejores coe%icientes de pelícla por el lado de la carcasa 2como n 87

    m$s 1e en la con%igraci&n en cadrado3 # s trans%erencia de calor es mc=o mejor*

    Arre'lo Trian'ular rotadoArre'lo Trian'ular 

    y

     Drreglo Cadrado 'otado Drreglo Cadrado

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    gg

    Cuando la limpieza mecánica del lado externo de los tubos es requerida oexigida por la refnería*

      El %lido de la carcasa debe ser scio@ %actor de ensciamiento en la carcasa es

    ma#or 1e 5*558 pie8 = :F ; )t* * 25*55567 m8 :C ; 3Cando en re=ervidores existe n %ljo de calor G*555 )t;=r pie8*Cando existe %ljo trblento@ especialmente para casos limitados por la caída de

    presi&n@ el arreglo de tbos en cadrado son pre%eribles@ debido a 1e el coe%iciente

    de trans%erencia de calor es e1ivalente al del arreglo en cadrado rotado@ pero con

    menos caída de presi&n*

    Cuadrado rotado son preeridos cuando existe ujo laminar, debido a que elcoefciente de transerencia de calor es incrementado por la turbulencia

     El arreglo de tubos para haces removibles pueden ser en cuadrado !"#$,en

    cuadrado rotado %$ o triangular '"#$(

    "a ventaja 1e tiene la con%igraci&n en cadrado es s %$cil accesibilidad para

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Diámetro externo Triangular CuadradoRecomendación del mayor

    espesor

    mm pulg mm pulg mm pulg mm pulg BWG

    19.05 3/4 23.8115/16 --- --- 2.41 0.095 13

    19.05 3/4 --- --- 25.40 1 2.77 0.109 12

    25.4 1 31.75 11/4 31.75 11/4 3.40 0.134 10

    38.1 11/2 47.63 17/8 47.63 1

    7/8 4.19 0.165 8

    ) '*(+ > 1 1.25 ! Di"#etro e!teriorde$ tu%o

    1.25 ! Di"#etroe!terior de$ tu%o

    --- ----

    &e'er(idores ti)o

    #ar#ita con *+50

    *sig , f$uo de ca$or >

    10.000 /' *ie2

    9.5 3/8 9.5 3/8

    entos del intercambiador de carcasa y

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    entos del intercambiador de carcasa y

    ES&EO o &LACA DE TUBOS

    entos del intercambiador de carcasa y

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    entos del intercambiador de carcasa y

    ES&EO o &LACA DE TUBOS

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    entos del intercambiador de carcasa y

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    entos del intercambiador de carcasa yES&EO o &LACA DE TUBOS

    entos del intercambiador de carcasa y

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    entos del intercambiador de carcasa y

    -on placas per%oradas seg4n el n4mero de tbos 1e

    sjetan de extremo a extremo al =a/ de tbos de

    trans%erencia # adem$s sirven como divisores del %ljo

    lado de la cora/a # el %ljo del lado tbos*

      "os espejos se encentran sellados permanentemente

    por la expansi&n de los tbos & mediante na soldadra

    perimetral en los extremos de los tbos # así no peda

    =aber %gas bajo condiciones ra/onables de operaci&n*

    entos del intercambiador de carcasa y

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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     -oportar el =a/ de tbos*

     'estringir la vibraci&n de los tbos debido a los c=o1es

    con el %lido*

     Canali/ar el %ljo de %lidos por la carcasa originando

    trblencia para lograr ma#ores e%ectos de tras%erencia

    de calor*

    Transversales # longitdnales

    entos del intercambiador de carcasa y

    DE$LECTORES

    entos del intercambiador de carcasa y

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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     * "a tra#ectoria del %lido en la carcasa depende del tipo# arreglo de los de%lectores*

     El espaciado del de%lector es distancia entre centro a

    centro de los de%lectores* D menor espaciado del de%lector@ ma#or coe%iciente de

    trans%erencia # ma#or caída de presi&nA por lo 1e esta

    distancia debe de%inirse de manera tal 1e permita na

    alta velocidad # n alto coe%iciente trans%erencia dentro

    de los límites permisibles de caída de presi&nA es decir@

    =acía n dise0o &ptimo del intercambiador 

    entos del intercambiador de carcasa yDE$LECTORESP Trans*ersales

    entos del intercambiador de carcasa y

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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     El corte del de%lector es la porci&n del de%lector “cortada”para permitir el %ljo a travBs del de%lector*

    El tama0o del corte a%ecta el coe%iciente de trans%erencia

    de calor # la caída de presi&n*Es expresado como el cociente entre la altra del corte #

    el (i$metro de la carca/a*Usalmente@ los cortes son 87 de s $rea@ siendo el

    m$ximo corte pr$ctico para los soportes de tbos L?*Trabajos reali/ados 2en na sola %ase3 por +T'I@ indican

    1e el rango de corte &ptimo es de >7 a 65@ con 87*como el &ptimo*

    entos del intercambiador de carcasa yDE$LECTORES

    Elementos del intercambiador

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    (istancia centro a centro entre

    de%lectores ad#acentes

    +oja de metal per%orada c#a altra es

    generalmente K7* del di$metro interno de la carcasa# se conocen como de%lectores con 87 de corte*El espaciado mínimo@ 9B: es 8

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    de carcasa - tubo

     DE$LECTORESN ; Numero de !ases7  nmero depasos del %lido de la carcasa por losba%les

     

    Correcto 

    Incorrecto

    Incorrecto  Correcto 

    Loca$i,ación de$ -$#ido 'o $os !#bos o cacasa

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Corrosión7 reslta mas econ&mico@ pes los costos por re1erimientode aleaciones # revestimiento son menores*

    Ensuciamiento7 "a locali/aci&n en los tbos del %lido con ma#ortendencia a la %ormaci&n de dep&sitos se tradce en na redcci&n delensciamiento del $rea de trans%erencia #a 1e este arreglo permite n

    mejor control de la velocidad* D ma#or velocidad menor ensciamiento*

    "os tbos rectos se peden limpiar mec$nicamente sin remover el =a/

    de tbos # la limpie/a 1ímica normalmente es mejor en el lado de los

    tbos* "os tbos con aletas # en arreglo cadrado peden limpiarse

    %$cilmente por medios %ísicosA pero salmente la limpie/a 1ímica no es

    e%ectiva en la carca/a*

    Tem!eratura7 !ara servicios de alta temperatra@ re1iriendo materiales2aleaciones3 costosos@ es recomendable colocar el %lido caliente en losTbos

    &resión7 Colocar la corriente de ma#or presi&n en los tbos re1erir$menos componentes de alta presi&n@ lo cal se tradce en na

    redcci&n de costos*

    Elementos del

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Ca%da de !resión7  D igal caída de presi&n@ ma#or coe%iciente de

    trans%erencia de calor es obtenido en los tboA por esta ra/&n@ el %lidocon menor caída de presi&n permisible debería colocarse en los tbos*

    iscosidad7 Ma#ores ratas de trans%erencia de calor son obtenidascolocando n %lido viscoso en la carca/a*

    Caracter%sticas tó6icas # letales7 ,eneralmente@ el %lido t&xico debecolocarse en los tbos@ sando na placa doble de tbos para minimi/ar

    la posibilidad de %gas* En canto a %lidos con características letales@

    re%erirse al C&digo D-ME # cmplir con los re1erimientos establecidos

    para este tipo de servicio*

    elocidad de flu=o Flido con menor %ljo en la carcasa@generalmente origina en n dise0o m$s econ&mico* Esto se debe a

    1e en la carcasa el %lido experimenta ma#or trblencia a menor

    velocidad 1e en el tbo*

    Loca$i,ación de$ -$#ido 'o $os !#bos o cacasa intercambiadorde carcasa - tubo

    Elementos del intercambiador

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Se$ección de$ -$#ido 'o $os !#bos

     Dga de en%riamiento*

    Flidos corrosivos o n %lido propenso al dep&sito de co1e@

    sedimentos # otros s&lidos

    * Flidos con alto %actor de obstrcci&n*

    El menos viscoso de los 8 %lidos*

    El %lido de ma#or presi&n 2para presiones extremadamente altas@ G55

    !a 2>555 psi3 manomBtricas@ pede ser econ&mico tratar este pnto

    como n4mero > en esta lista*

    El %lido m$s caliente*

    El lí1ido de ma#or rata de %ljo

    de carcasa - tubo

    Elementos del intercambiador

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Se$ección de$ -$#ido 'o $os !#bos

    -i el cambio de temperatra de n %lido es m# grande

    2ma#or 1e aproximadamente >GK :C a >7 :C 2655P

    675:F33 # se re1iere el so de m$s de n paso de tbo@

    entonces este %lido va salmente en la carcasa@ en ve/de por tbos

    -i no de los %lidos es limpio 2%actor de ensciamiento de

    5*555>? m8:C;< 25*55> =pie8:F;)TU3 o menor3 # s&lo es

    levemente corrosivo al material seleccionado@ este %lido

    es el 1e se coloca en los tbos*

    de carcasa - tubo

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Tama-o de las "ouillas7

    "as bo1illas de entrada # salida del %lido contenido en la carcasa

    son generalmente secciones de tbos est$ndares soldadas a la

    carcasa"as bo1illas de los intercambiadores 1e no sean de %abricaci&n

    est$ndar@ son del mismo tama0o de la línea a la cal est$n

    conectadas*

    -e debería veri%icar el Q! a travBs de las bo1illas en los serviciosde caída de presi&n baja*

      No se deberían tili/ar bo1illas de di$metro ma#or 1e >;8 el

    di$metro del intercambiador por ra/ones mec$nicas**-in embargo@ el tama0o de las bo1illas no debería redcirse =asta

    el pnto donde la caída de presi&n a travBs de las bo1illas seaexcesiva ocrran problemas de golpeteo *

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Locali2ación de las "ouillas7

    -e sgiere tili/ar las sigientes reglas como na gía para locali/ar

    las bo1illas de los intercambiadores

    1( "as corrientes 1e se calientan o vapori/an deberían %lir desde el

    %ondo al tope@ independientemente 1e circlen por el lado de los

    tbos o de la carcasa*

    2( "as corrientes 1e se condensan deberían %lir desde el tope al%ondo@ independientemente de 1e circlen por el lado de los tbos o

    de la carcasa*

    3( "a direcci&n de %ljo de las corrientes 1e se en%rían est$

    determinada por el costo de las tberías*

    *

    Ensuciamiento

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    EnsuciamientoEl ensciamiento 2“%oling”3 en las nidades de

    trans%erencia de calor pede de%inirse como dep&sitos de

    material indeseado sobre la sper%icie de trans%erencia decalor@ casando degradaci&n en la operaci&n del e1ipo en

    n

    orden del ?5 #@ algnas veces pede casar@ %alla o

    sspensi&n total de la

    operaci&n*

    Este problema es considerado en el dise0o de la nidad

    mediante la incorporaci&n de na resistencia tBrmica

    denominada Factor de Ensciamiento

    "a solci&n obvia es eliminar los agentes de ensciamiento

    de las corrientes@ lo cal es a mendo imposible en

    corrientes de proceso@ por1e el %lido por si mismo es n

    agente de ensciamiento@ por ejemplo en las reacciones de

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Ensuciamiento

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    >* El ensciamiento no es salmente severo por debajo de los >85:C

    2875:F3*

    2( El ensciamiento es m$s severo cando los =idrocarbros se

    calientan 1e cando se en%rían* Esto se cmple particlarmente para

    los crdos 1e contienen sales diseltas en el aga # s&lidos

    sspendidos* El tren de precalentamiento de crdo de las nidades de

    destilaci&n@ mc=as veces incl#e n desalador o n tamborvapori/ador para remover el aga antes 1e el crdo alcance la

    temperatra de evaporaci&n del aga* (e esta manera@ se redce el

    ensciamiento de los intercambiadores de crdo casado por las

    sales*

    3( "a vapori/aci&n en n intercambiador pede casar ensciamiento

    severo@ debido a la concentraci&n@ de dep&sitos en el lí1ido

    remanente =asta el pnto de sobresatraci&n*

    Ensuciamiento

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

    84/125

    4( Dltas velocidades tienden a redcir el ensciamiento* Esto se cmple

    especialmente en los casos de aga de en%riamiento 1e contiene sal@

    crdo con arena # gases con partíclas*

    5( "a alimentaci&n a los =idro%inadores@ re%ormadores catalíticos #

    plantas de desintegraci&n catalítica@ mc=as veces se ve a%ectada por

    n proceso de ensciamiento severo debido a las reaccionesorg$nicas con oxígeno@ 1e ocrren mientras la alimentaci&n se

    encentra almacenada en los tan1es* Este proceso de

    ensciamiento pede redcirse estableciendo na atm&s%era de gas

    inerte en los tan1es de almacenamiento*

    6( "os %ondos de na torre de destilaci&n de crdo@ an1e son pesados

    # se encentra a na temperatra elevada@ no ocasionan

    normalmente mc=o ensciamiento 2siempre # cando la temperatra

    de la /ona de vapori/aci&n instant$nea no sea excesiva3*

    Ecuaciones Básicas !ara el Intercam"io de Calor 

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Cando el calor %l#e desde n %lido 1e circla por n lado de n tbo

    a otro 1e circla por el otro lado del tbo@ dic=o calor debe vencer las

    resistencias sigientes

    'i  R 'esistencia de la pelícla laminar del %lido en el interior del tbo

    r i  R 'esistencia del material extra0o depositado en el interior del tbo

    r   R 'esistencia de la pared del tbo

    r o  R 'esistencia del material extra0o depositado en el exterior del tbo'o  R 'esistencia de la pelícla laminar del %lido en el exterior del tbo

    h  i

     . s

    h  o

     .o

     .i

    Ecuaciones básicas para elintercambio de calor

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    RESISTENCIA AL ENSUCIAMIENTO INTERNA ETERNA

    COE$ICIENTE DE TRANS$ERENCIA DE CALOR TOTAL

    / asado en cualquier área

     intercambio de calor

     Aoho L K 

    riro Ln

     Aihi Rtotal 

    .

    1

    ...2

    /

    .

    1++=

    π  

     Aoho Ao

    ro

     L K 

    riro Ln

     Ai

    ri

     Aihi Rtotal 

    .

    1

    ...2

    /

    .

    1++++=

    π  

    .1

     AU  Rtotal 

    =

    Ecuaciones básicas para elintercambio de calor

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    COE$ICIENTE LIM&IO DE TRANS$ERENCIA DE CALOR

    Es el coe%iciente total 1e pede esperarse cando n intercambiador nevo se

    coloca por primera ve/ en servicio*

    RE$ERIDA AL REA ETERNA

     intercambio de calor

     Aoho

     A

     Ao

    ro A

     L K 

    riro Ln A

     Ai

    ri A

     Aihi

     AU 

    .

    .

    ...2

    /..

    .

    1

    ++++=π  

    horo

     L K 

    riro Ln Ao

     Ai

    ri Ao

     Aihi

     AoUo

    1

    ...2

    /..

    .

    1

    ++++=

    π  

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Ecuaciones básicas para elintercambio de calor

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

    90/125

    Intercambiador de doble tbo en

    paralelo

     intercambio de calor

       

      

     

    22

    11

    2211

     t-

     t- $n

    t--t- D

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Flido caliente Flido %río

    655 :F entra >75 :F sale

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    T

    T>

    t8

    T8

    t>

    5 "

    655 F entra >75 F sale

    855 :F sale >55 :F entra

    LMTD ;8>+>8 $

       

      

     

    12

    21

    1221

     t-

     t-$n

    t--t- D

    D 300 - 150 - 200 - 100

    300 - 150

    200 - 100$n  

         

    Ecuaciones básicas para elintercambio de calor

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     intercambio de calor

    0luido por la carcaza

     .i Entrada

    0luido por los tubos

    t o1alida

    Entrada

    0luido por los tubos

    0luido por la carcaza

     .o 1alida

    t/

    t i

    Ecuaciones básicas para elintercambio de calor

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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     intercambio de calor

     .i

     .o

    to

     .

    ti

     .i

    t/

     .o

    to

     .

    ti

    !osibles perfles detemperatura

    Ecuaciones básicas para elintercambio de calor

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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     intercambio de calor

    !osibles perfles detemperatura

    Ti

    t9

    To

    to

    T

    ti

    • 

    • 

    • 

    • 

    • 

    to  Ti

     Tot

    i

    -i las orientaciones de las bo1illas en la carcasa se invierten

    Ecuaciones básicas para elintercambio de calor

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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     intercambio de calor

    DTMe ($TDTML)

    FT  5@K7 2( Jern3 F2

    T  5@? 2!(.-D32

    FT R > Fljo e1ivalente a contracorriente

    7 DD

      Diferencia de te#)eratura #edia efecti(aDiferencia de te#)eratura #edia $ogarit#ica

      =

    Ecuaciones básicas para elintercambio de calor

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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     intercambio de calor

     to .i

     .o ti

     

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    Ecuaciones básicas para el intercambio de calor

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    $ACTOR DE CORRECCI0N DE LA LMTD (INTERCAMBIADOR >H8)$ACTOR DE CORRECCI0N DE LA LMTD (INTERCAMBIADOR >H8)

    T8 P t

    8 R Temperatra de aproximaci&n

     !ara t

    8  T

    8

    t8 P T

    8 R Temperatra de crce

    friof$uido&ango

    ca$ientef$uido&ango 

    tt

     & 

    12

    21

    −−

    t t

    t

    &ango f$uido frio

    Diferencia de te#). #a!i#a

    2 1

    1 1

    −  

    Ecuaciones básicas para el intercambio de calor

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    $ACTOR DE CORRECCI0N DE LA LMTD (INTERCAMBIADOR >H8)$ACTOR DE CORRECCI0N DE LA LMTD (INTERCAMBIADOR >H8)

    T;  >> C

    T8  8 C

    t;  ;H@ C

    t8  8>8 C

    R 8+8

    S

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Fluido Cal. Fluido Frío Fluido Cal. Fluido Frío Fluido Cal. Fluido Frío

    Entra T !"# t ## !## ## $%# ##

    &ale T$ $"# t$ $## $## $## %# $##

    Ecuaciones básicas para el intercambio de calor' R > ' R >

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    $ACTOR DE CORRECCI0N DE LA LMTD (INTERCAMBIADOR >H8)$ACTOR DE CORRECCI0N DE LA LMTD (INTERCAMBIADOR >H8)

    FT R 5*8 F

    T R 5*? F

    T R 5*G8

    "MT( R 675 H 855 "MT( R 655 H 855 "MT( R 8?5 P 855

     

    "MT( R >75:F "MT( R >55:F "MT( R ?5:F

    ' R > ' R >& 350 - 250

    200 - 100 = 1

    200 - 100350 - 100

     = 0 4. 200 - 100300 - 100 =05. 200 - 100210 - 100 = 056.

    Ecuaciones básicas para el intercambio de calor' R > ' R >

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    D 0.92!150

    D 138

      D 0:8!100

      D 80

      D 062!80

      D 49.6

    675

    t9

    875

    855

    >55

    8do !ase

    >er !ase

    T T

    t9

    655

    855

    >55

    T

    t9

    8?5

    855

    >?5

    >55

    Ecuaciones básicas para el intercambio de calor' R > ' R >

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Intercam"iador (8?G)

      $luido caliente $luido fr%oEntra  67? :F 5 :F

    Sale  >55 :F >85 :F

    "MT( R K>*6>L :F

    MTD J;+@>;G 6 >

    & t t

    358 - 100120 - 90

    1 2

    2 1−−   =

    8 6. t - t

    t

    120 - 90

    358 - 90

    2 1

    1 1−   = 011.

    ( ) ( )6D 4

    358 -120 100 - 90

    $n

    358-120

    100-90

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    3rocedimiento general de dise4o

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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      (eterminar las dimensiones %ísicas del intercambiador a partir del $rea calclada

      Calclar el coe%iciente global de trans%erencia de calor Uo

      Calclar la caída de presi&n a travBs del intercambiador 

      Calclar el $rea de trans%erencia basada en Uo calclado # MT(

      Comparaci&n del $rea de trans%erencia calclada con el paso anterior 

      'epetir los c$lclos =asta igalar las $rea de trans%erencia

    ho

    ro

     L K 

    riro Ln Ao

     Ai

    ri Ao

     Aihi

     AoUo

    1

    ...2

    /..

    .

    1

    ++++=

    π  

    Ca%da de !resión"as consideraciones generales aplicables a

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    g p

    intercambiadores de tbo # carca/a vienen dadas en el

    p$rra%os sigientes*

    1( Correcci&n para el $rea redcida de %ljo*P !ara el ladode los tbos@ se re1iere de los splidores de

    intercambiadores el sministro de tbos con n espesor

    en todo pnto no menor 1e el especi%icado* !or esta

    ra/&n@ el di$metro interno actal es siempre m$s pe1e0o1e el di$metro est$ndar* Esta desviaci&n del di$metro

    est$ndar es ma#or para el acero al carbono 1e para

    tbos de aleaciones de cobre*

    !ara el lado de la carca/a@ =a# 1e inclir n %actor 1e

    considera el ensciamiento en el lado de a%era de los

    tbos* Este ensciamiento redce el $rea libre para %ljo #

    de esta manera incrementa la caída de presi&n*

    2( Consideraciones económicas de ca%da de!resión+ "a caída de presi&n de dise0o a ser sada@

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    ! p @normalmente@ es determinada por n balance econ&mico

    entre 2>3 el alto costo de bombear # de ciertos

    componentes del intercambiador # 283 la redcci&n de$rea sper%icial* D medida 1e el n4mero de pases del

    tbo es incrementado o el espaciado de de%lectores es

    redcido@ la velocidad del %lido amenta@ prodciendo

    así n amento en la caída de presi&n # en el coe%icientede la pelícla* Otra ventaja del incremento de la

    velocidad es 1e la medida del ensciamiento decrece*

    !ara corrientes presri/adas@ la caída de presi&n debe

    ser maximi/ada* Cando no existe in%ormaci&n o

    restricciones de proceso sobre la velocidad m$xima@ na

    limitaci&n ra/onable para lí1idos es cerca de 6 a 7 m;s

    2>5 a >7 pie;s3* !ara gases # vapores@ velocidades =asta

    de 65 m;s 2>55 pie;s3 son comnes*

    3( NFmero de !asos en el lado del tu"o+ !araen%riadores # condensadores sando aga@ se especi%ica el

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    # g @ p

    s%icientes n4mero de pasos de tbo para maximi/ar la

    tili/aci&n de la caída de presi&n disponible@ siempre #

    cando el material de constrcci&n del tbo lo permita* "avelocidad m$xima # mínima de aga varía con el material

    del tbo # el tipo de aga*

    !ara servicios con =idrocarbros@ se especi%ica els%icientes n4mero de pasos de tbo para obtener na alta

    velocidad en los tbos@ previendo así el %ljo laminar o de

    transici&n*

    Normalmente@ no menos de dos o m$s de oc=o pasos de

    tbo son sados* Con m$s de oc=o # menos de dos@ la

    constrcci&n se complica # los costos de %abricaci&n

    tienden a ser excesivos* veces ser jsti%icados*

    Note 1e los arreglos de 8@ L ? pasos de tbo son

    %$cilmente intercambiables* -in embargo@ en casos

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    g @

    especiales@ > paso o m$s de ? pasos peden algnas

    El m$ximo n4mero de pasos de tbo normalmente sados

    por varios di$metros de carca/a est$n tablados*'estricciones sobre los arreglos de pasos para dise0os

    particlares de intercambiadores son como sigen

    a*!ara intercambiadores de placa %ija de tbos es posiblesar cal1ier n4mero de pasos de tbo@ impar o par* "os

    arreglos m$s comnes son de n paso o n n4mero par

    de pasos m4ltiples*

    b( !ara intercambiadores de tbos en U@ cal1ier n4mero

    de pasos de tbo es posible@ pero normalmente el m$ximo

    recomendado es G@ debido a consideraciones de

    constrcci&n*

    c( !ara intercambiadores de cabe/al %lotante con anillo

    dividido # arrastre contino@ cal1ier n4mero de pasos

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    dividido # arrastre contino@ cal1ier n4mero de pasos

    de tbo es posible* Esto se debe a 1e los dise0os de

    n s&lo paso de tbo@ a pesar de no ser generalmente

    sados@ re1ieren expansi&n especial o jntas

    empacadas*

    d( !ara intercambiadores de cabe/al %lotante

    empacado externamente con anillo de cierre =idr$lico@s&lo arreglos de n solo paso o dos son posible en este

    tipo de constrcci&n*

    e( !ara intercambiadores de cabe/al %lotanteempacado externamente de caja de estopas@ cal1ier

    n4mero par o impar de pasos de tbo es posible*

    L* Consideraciones !ara el lado de la carca2a+ "as características delos de%lectores # de las bo1illas # el n4mero de pasos en la carca/a son

    elementos de n intercambiador 1e a%ectan considerablemente la caída

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    elementos de n intercambiador 1e a%ectan considerablemente la caída

    depresi&n* Dsi

    a( NFmero de !asos en la carca2a "os intercambiadores peden tenerm$s de n paso en la carca/a 2n paso es el m$s com4n3* !asos

    m4ltiples en la carca/a re1ieren el so de de%lectores longitdinales de

    dise0o removible o soldado*

    En casos especiales de re1erimientos de grandes sper%icies@

    especialmente en servicios re1iriendo carca/as en series para satis%acerlos re1erimientos de Ft@ nidades de carca/a con pasos m4ltiples

    empleando de%lectores longitdinales son la selecci&n m$s econ&mica*

    -in embargo@ es bastante di%ícil estimar con precisi&n el costo de

    intercambiadores sando de%lectores longitdinales* Es por esto 1e es

    recomendable por el momento@ 1e para a1ellos casos donde laconstrcci&n sea aplicable@ el intercambiador se especi%ica como na

    nidad de n paso por carca/a* "ego@ se solicita na alternativa para

    nidades de pasos m4ltiples@ basado en el tipo de de%lector deseado*

    b( Deflectores trans*ersales Normalmente se especi%icanl d %l t d t i d d d %l t

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    los de%lectores de segmento con n espaciado de de%lectores

    =asta el m$ximo permisible de acerdo al TEMD 2“maximm

    nsoported span”3@ a menos 1e la caída de presi&n en ellado de la carca/a sea excesivaA en c#o caso@ de%lectores de

    segmento doble deben ser sados@ por1e ellos resltan en

    na caída de presi&n m$s baja@ con solo n pe1e0o

    descenso en el coe%iciente de trans%erencia de calor en el

    lado de la carca/a*

    c( Bouillas Use dos bo1illas de salida 2na en cadaextremo de la carca/a3 # na bo1illa de entrada en el centro@

    o viceversa@ si otra manera de redcir la caída de presi&nreslta ine%ectiva* Este tipo de arreglo de las bo1illas

    determina el so de la carca/a conocida como“Carca/a de

    %ljo dividido” 2TEMD 3*

    %a0"e!os de Dise1o &DSA MD&

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    "as sigientes especi%icaciones generales dan la

    conversi&n m$s e%iciente de caída de presi&n a

    trans%erencia de calor para intercambiadores de calor sincambio de %ase*

    1( Corte del de%lector 8< a >

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

    117/125

    "as sigientes especi%icaciones generales dan la

    conversi&n m$s e%iciente de caída de presi&n a

    trans%erencia de calor para intercambiadores de calor sincambio de %ase*

    4( !atrones de arreglos de tbo -i se re1iere limpie/a en

    los arreglos@ se n arreglo de 5: para %ljo trblento #

    n arreglo de L7: para %ljo en transici&n o laminar* -i la

    limpie/a no es problema@ se arreglos de 65: para %ljo

    laminar o trblento* No se arreglos de G5: debido a 1e

    Bstos tienen características de caída de presi&n o de

    trans%erencia de calor in%eriores cando se comparan conlos arreglos de 65:*

    No es desea"le tener altas ca%das de !resión3 #a uecontri"u#en a la erosión3 reuiriendo el uso de

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

    118/125

    # 3 internos con es!esores e6cesi*os # de *ál*ulas3accesorios o tu"er%as de una clasificación ma#or enel circuito del intercam"iador+

    Criterios !ara incrementar la transferencia de calorcuando la ca%da de !resión es menor ue la má6ima

    !ermitida3 o disminuirla3 si es ma#or ue la !ermitida+

    Un dise-o de intercam"iador con los !arámetrosó!timos se considera ineficiente3 aFn cuanto satisfa'a

    los reuerimientos de transferencia de calor si no usatoda la ca%da de !resión !ermitidaP si este es el caso3el intercam"iador !uede 5acerse más !eue-oefectuando uno o más de los !asos si'uientes7

    Incrementar la lon'itud del tu"o al má6imo !ermitido3!or las !rácticas de construcción # limitaciones de la

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

    119/125

    ! ! #refiner%a+

    Disminuir el es!aciado del tu"o al m%nimo !ermisi"le3!or limitaciones de construcción o mantenimiento+

    Disminuir el diámetro del tu"o al m%nimo !ermisi"le3

    !or las limitaciones de ca%da de !resión en el lado deltu"o # de mantenimiento+

    &ro"ar con tu"os de aleta si el coeficiente del lado de

    la carcasa es menor de ;V> del coeficiente del lado delos tu"os # el nFmero de Re#nolds en el lado de lacarcasa es ma#or de ;

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    ! ! = #ca%da de !resión se !uede7 

    A=ustar la ca%da de !resión !ermisi"le+ &osi"lementeesta ca%da !ara la cual se dise-ó la unidad3 fueseleccionada ar"itrariamente # se !uede aumentar+

     

    A=ustar la 'eometr%a de tal forma ue !rodu2ca la menordisminución de la transferencia de calor !or unidad

    disminuida en ca%da de !resión3 efectuando uno o másde los si'uientes !asos7 

    Incrementar el es!aciado del deflector+

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    Disminuir la lon'itud del tu"o+

    Incrementar el es!aciado del tu"o+

    Usar deflectores de do"le se'mento+

    Usar carca2as de flu=o di*idido+

    Usar unidades en !aralelo+ 

     

    Tem!eratura del a'ua de enfriamiento "astemperatras de salida m$ximas permitidas para el aga de

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

    122/125

    temperatras de salida m$ximas permitidas para el aga de

    en%riamiento 2determinadas por consideraciones de

    ensciamiento3@ en en%riadores 1e no sean recipientesllenos de aga son las sigientes 2)ox Coolers3

     

     Dga -alada L?:C 2>85:F3

     Dga -alobre 7>:C 2>87:F3

     Dga (lce 7L:C 2>65:F3 

    "a temperatra m$xima de operaci&n tili/ada para n

    pro#ecto debería veri%icarse con el cliente@ #a 1e Bsta tiene

    na in%lencia importante en la determinaci&n de lasper%icie*

     

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

    123/125

    >*!ara intercambiadores 1e operan a temperatras entre 5:C

    268:F3 # 6:C 2K75:F3@ la temperatra de dise0o debe

    d %i i l $ i d i&

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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    de%inirse como la m$xima temperatra de operaci&n

    esperada mas >L:C 287:F3*

    2( "a mínima temperatra de dise0o debe ser GG:C 2>75:F3

    para intercambiadores operando por encima de 5:C 268:F3*

    3( !ara intercambiadores 1e operan a 5:C 268:F3 # amenores temperatras@ la temperatra de dise0o debe

    de%inirse como la mínima temperatra de operaci&n esperada*

    4( Cando exista la posibilidad de exponer a los tbos@ la placa

    de tbos # el cabe/al %lotante a la temperatra de entrada del

    %lido caliente@ como resltado de la perdida del medio

    en%riante@ estos componentes deben ser dise0ados para la

    m$xima temperatra de operaci&n esperada del %lido

    caliente*

  • 8/17/2019 Unitarias: INTERCAMBIADOR DE CALOR

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