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INTERCAMBIADOR DE CALOR DE TUBOS CONCENTRICOS

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Transcript of INTERCAMBIADOR DE CALOR DE TUBOS CONCENTRICOS

CONEXIONES NOMINALES PARA INTERCAMBIADORES DE DOBLE TUBO
Exterior (in) mm Interior (in) mm
DEFINICIÓN INTERCAMBIADORES DE CALOR
Los intercambiadores de calor son aparatos que facilitan el intercambio de calor entre dos fluidos que se encuentran a temperaturas diferentes y evitan al mismo tiempo que se mezclen entre sí.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
"INTERCAMBIADOR DE CALOR DE TUBOS DOBLES"
Consta de dos tubos concéntricos de diámetros diferentes, en el que uno de los fluidos pasa por el tubo más pequeño, en tanto que el otro lo hace por el espacio anular entre los dos tubos.
PARTES INTERCAMBIADOR DE TUBOS DOBLES
TIPO HORQUILLA (2 Pasos)
Tubos concéntricos
Codo en U
Cabezal de retorno
Tes conectoras
SE PUEDEN CLASIFICAR POR:
DISPOSICIÓN DE LOS FLUJOS:
Contraflujo
INTERCAMBIADOR DE CALOR DE TUBOS CONCENTRICOS
CALEFACCIÓN
REFRIGERACIÓN
Fuente: http://3.bp.blogspot.com/-LnVMky7dBns/UcHph6bXz5I/AAAAAAAAACI/ucSUj8S5B-A/s1600/inter.jpg.png
Flujo paralelo
Fuente: Transferencia de masa y calor, Cenguel, 3era Edición
Fuente: Transferencia de masa y calor, Cenguel, 3era Edición
Fuente: Procesos de transferencia de Calor. Kern D,Q, Mc Graw Hill
2 50,8 1 1/4 31,75
2 1/2 63,5 1 1/2 38,1
3 76,2 2 50,8
4 101,6 3 76,2
Longitudes efectivas: 12ft (3,6576m),15ft (4,572), 20f ft (6,096m)
CÁLCULOS INTERCAMBIADORES DE TUBOS DOBLES
MATERIALES INTERCAMBIADORES DE TUBOS CONCÉNTRICOS
Fuente: Procesos de transferencia de Calor. Kern D,Q, Mc Graw Hill
INSTALACIÓN INTERCAMBIADORES DE TUBOS DOBLES
DESVENTAJAS EN EL USO DE INTERCAMBIADORES DE TUBOS CONCÉNTRICOS
Pequeña superficie de transferencia de calor en una horquilla.
El espacio ocupado es muy grande comparado a otras opciones de intercambiadores de calor.
Posibilidad de fugas.
Difícil mantenimiento.
Su mayor uso es donde la superficie total de transferencia requerida 100 a 200 ft2 o menos.
Red de resistencias térmicas
Fuente: Transferencia de masa y calor, Cenguel, 3era Edición
Resistencia térmica total
Fuente: Transferencia de masa y calor, Cenguel, 3era Edición
Coeficiente de transferencia de calor total (U)
Valores de los coeficientes totales de transferencia de calor en los intercambiadores de calor
Métodos usados en el cálculo de intercambiadores de calor de tubos concéntricos
Método de la diferencia media logarítmica de temperatura (LMTD).
Método de la efectividad NTU (Kays y London,1955).
Fuente: Transferencia de masa y calor, Cenguel, 3era Edición
Consideraciones para el cálculo
Cambios en la energía cinética y potencial es despreciable.
Calor específico constante para un intervalo de temperatura.
Conducción de axial de calor a lo largo del tubo suele ser insignificante.
La superficie exterior del intercambiador de calor está perfectamente aislada, por consiguiente no se tiene perdida de calor con el medio circundante.
Primera Ley de la termodinámica
Fuente: Transferencia de masa y calor, Cenguel, 3era Edición
DIFERENCIA DE TEMPERATURA MEDIA LOGARÍTMICA
Que se reemplaza en la razon de transferencia de calor
FACTORES QUE INFLUYEN EN UNA ADECUADA SELECCIÓN DE MATERIALES
Propiedades mecánicas: Resistencia a la tensión, % de alargamiento, reducción de área.
Propiedades físicas: Coeficiente de dilatación térmico.
Resistencia a la corrosión: Deben soportar los ataques químico de las sustancias a las cuales estarán en contacto.
Facilidad para su fabricación: Maquinabilidad, soldabilidad, facilidad de ser formado.
Mantenimiento.
Costo: Iniciales, de operación, de mantenimiento, mayor reembolso de la inversión.
ANÁLISIS DE ELEMENTOS FINITOS EN INTERCAMBIADORES DE TUBOS CONCÉNTRICOS
Como una herramienta predictiva y de optimización, es indispensable el uso de elementos finitos para analizar el comportamiento de la transferencia de calor en intercambiadores de tubos concéntricos.
Proceso de selección intercambiador de calor:
Determinar cualquier temperatura desconocida de entrada o de salida y la razón de la transferencia de calor mediante un balance de energía.
Calcular la diferencia de temperatura media logarítmica y el factor F de corrección, si es necesario.
Obtener (seleccionar o calcular) el valor del coeficiente de transferencia de calor total U.
Calcular el área superficial de transferencia de calor.
Por ultimo, se selecciona un intercambiador de calor que tenga un área superficial de transferencia de calor igual o mayor al área superficial calculada.
PREGUNTAS?
MÉTODO DE EFECTIVIDAD NTU
Mantenimiento Intercambiadores de calor tubos concéntricos
Obstrucciones del intercambiador: Deposición de sólidos en las paredes internas y externas de los tubos (Aumenta la resistencia para la transferencia de calor).
Metales ferrosos
Metales No-ferrosos
Metales Varios
Fuente: Información técnica-Tubos para intercambiadores de calor, fastpack, Perú
Fuente: Información técnica-Tubos para intercambiadores de calor, fastpack, Perú
Dimensiones tubos para intercambiadores de calor
La relación área/volumen en un tubo cilíndrico sube al disminuir el diámetro del tubo y aumenta la eficiencia del intercambiador de calor.
A menor diámetro mayor resistencia al paso de los fluidos y mayor inversión en material.
Los diámetros oscilan entre 1/8" de diámetro interno y 5"de diámetro externo.
Fuente: Información técnica-Tubos para intercambiadores de calor, fastpack, Perú
ESPESOR DE PARED TUBOS PARA INTERCAMBIADORES DE CALOR
BWG (Birmingham wire gauge) 10 -25
Al conocer la presión interna neta en el tubo, el espesor se calcula de la fórmula de Barlow:
Donde:
S= Tensión de ruptura de material en psi (Mpa)
P= Presión interna en psi (Mpa)
D= Diámetro externo en in (mm)
t= Espesor de pared en in (mm)
Se debe considerar un margen de seguridad de 4 (4 veces la Presión real)
Fuente: Información técnica-Tubos para intercambiadores de calor, fastpack, Perú
TABLA ESPESOR BWG:
Fuente: Información técnica-Tubos para intercambiadores de calor, fastpack, Perú
DIÁMETRO
LARGO:
A diferencia de los tubos para otras aplicaciones, los tubos para intercambiadores de calor se ofrecen en largos mayores (un largo estándar puede ser 12.6 o 18 m) y pueden ser ordenados al fabricante de un largo específico.
Fuente: Información técnica-Tubos para intercambiadores de calor, fastpack, Perú
Conductividad Térmica
Donde:
w= Espesor de la pared (in)
do= Diámetro exterior (in)
di= Diámetro interior (in)
K= Conductividad térmica (Btu/hr*ft^2/°F/in)
A menor valor de r
m
, mayor es la transferencia de calor en el intercambiador.
ANIMACIÓN INTERCAMBIADORES CONCÉNTRICOS A NIVEL INDUSTRIAL
ALGUNOS EJEMPLOS DE INTERCAMBIADORES CONCÉNTRICOS A NIVEL INDUSTRIAL
Fuente: Intercambiador de tubos concéntricos, http://equipo-de-proceso-3d.com/Tcalor/DobleTubo/dobletubo.html#ic2TubFlujos
Causa
Solución
Limpieza química que permita disolver por medio de la circulación, los sólidos adheridos.
El mantenimiento puede realizarse por intermedio de cepillos de alambre circulares o latiguillo de alta presión en el interior de los tubos y alta presión por el lado externo de la tubería.
Fuente: HRS Heat Exchangers, HRS DTR Heat Exchanger for Sludge and Waste Water Applications, www.youtube.com
Fuente: Doble_Tubo, Virtual Plant, www.youtube.com
Fuente: Equipos de transferencia de calor, http://www.thermoequipos.com.ve/pdf/articulo_03.pdf
Implicaciones de un deficiente mantenimiento en intercambiadores de calor
Paradas de proceso imprevistas.
Drástica disminución de las condiciones iniciales de transferencia de diseño.
Perdidas económicas por concepto de las paradas del proceso.
Socavaduras.
Corrosión.
Abrasión de la superficie del material.
Fugas.
Perdidas de presión.
Mayor potencia requerida por los taponamientos en la tubería.
En el caso de equipos en u las incrustaciones de agua dura (con minerales) dentro de los tubos.
Puede ser removida por mechas en la zona recta del tubo, sin embargo en las curvas esto se hace imposible, para el caso de equipos con tubería de diámetros superiores a 3/4 es posible introducir un latiguillo de alta presión, aunque en la mayoría de los casos los resultados no son muy satisfactorios.

Latiguillo de alta presión
Transferencia de calor real:
Para hallar la razón maxima posible de transferencia de calor:
SELECCIÓN DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR
Razón de transferencia de calor
Costo: Costo de operación, Costos mantenimiento, Costos de fabricación.
Potencia para el bombeo.

Materiales.
Otras consideraciones: Bajo costo de mantenimiento, seguridad, confiabilidad y en muchos casos el nivel de ruido.
APLICACIONES FLUIDOS VISCOSOS
HRS Serie AS: Intercambiador de calor tubular de espacio anular
El intercambiador de calor de espacio anular, o de triple tubo, se usa en aplicaciones de transferencia térmica con productos viscosos.

Aplicaciones
Fluidos de viscosidad media a alta.
Fluidos que contienen fibras o pequeñas partículas.
Adecuado para aplicaciones alimentarias e industriales.
Materiales.

Lado de servicio: Acero inoxidable AISI 304.
Lado de producto: Acero inoxidable AISI 316L.

Condiciones de diseño.

Lado de servicio: 10 bar / 150 °C.
Lado de producto: 10 bar / 150 °C
El tubo más interno es extraíble, lo que permite la inspección del ánulo de producto.

Para grandes desempeños se pueden interconectar múltiples unidades y ser montadas en un bastidor.
APLICACIONES INDUSTRIALES
Enfriadores de aceite de transformador
Enfriadores de aceite de transformador BETA y CETA. Con un máximo de cuatro unidades de ventilación. Horizontal o con diseño de instalación vertical.
Enfriador de aceite de transformador con bisagras en paneles de abanico que se abren para facilitar el acceso y limpieza.
Enfriador de aceite de transformador con ventilador inclinado en secciones. Diseñado para una eficiente y dirigida evacuación de aire caliente.
Refrigeradores de motor y generador
Refrigeradores de motor y generador QlKE, QDKr. Enfriadores de tubo simple y doble de fácil limpieza donde se utiliza el mar no tratada o agua del lago.
Unidad de refrigeración completa con refrigerador, ventiladores, amortiguador, detector de fugas personalizado para cada cliente en la unidad transformadora de resina para cada línea, todos de fácil limpieza.
Instalación de cubierta. Unidad completa de enfriamiento personalizado para adaptarse a la máquina del cliente.
Radiadores / Enfriadores de aire soplado (convección forzada)
Radiador DK. Refrigerador para Generación de Energía. Motor con un diseño flexible y mejorador de niveles de ruido (silenciador).
Dispositivo de enfriamiento de explosión de aire para HVDC utilizado para la refrigeración de glicol / agua pura con el aire. Los ventiladores de refrigeración están separados uno a otro por particiones.
Nuclear, petróleo y gas. Artefactos complejos con extensos requisitos de documentación y amplia gama de accesorios se manejan como proyectos por un equipo dedicado.
Soluciones únicas para aplicaciones específicas en la industria
Enfriadores de aceite de transformador para las plantas de energía de todas las formas y tamaños.
Refrigeradores de motor y Generador. Se utilizan grandes motores eléctricos y generadores para enfriamiento utilizando, por ejemplo, el agua del río.
Radiadores / refrigeradores de convección forzada. Para refrigeración por agua de grandes motores diésel, enfriadores de aire acondicionado, incineradoras de residuos, etc.
Intercambiadores de calor industriales. De ventilación en instalaciones en alta mar, secadores de celulosa o madera, etc.
Bobinas de acero QMxA. Hechas de acero galvanizado en caliente. Se utiliza para calentar el aire utilizando la energía térmica del vapor o líquido suministrado.
Bobinas de acero QMAF. Se utiliza para calentar el aire utilizando la energía térmica del vapor o líquido suministrado.
Bobinas de acero QSAK. Diseño de tubo liso sin aletas. Se utiliza para calentar el aire utilizando la energía de calor de vapor o líquido suministrado, o de calentamiento de agua por medio de aire caliente de residuos.
Intercambiadores de calor industriales
Condiciones de proceso:
• Fluido del proceso o vapor:
o Flujo máximo.
o Flujo mínimo.
o Flujo normal.
• Presión del proceso:
o Presión de diseño
o Máximo declive de presión permisible.
• Temperatura de entrada.
• Temperatura de salida.
• Calor específico.
• Gravedad especifica.
• Viscosidad.
• Factor de fouling (incrustaciones).

Condiciones del vapor:
• Presión de vapor, temperatura (por encima de la válvula de control)
o Presión de diseño.
o Presión máxima.
o Presión mínima.
o Presión normal de operación.
• Presión de vapor, temperatura (por debajo de la válvula de control)
o Presión de diseño.
o Presión máxima.
o Presión mínima.
o Presión normal de operación.

• Flujo de vapor
o Flujo de diseño.
o Flujo máximo.
o Flujo mínimo.
o Flujo normal de operación.
• Flujo condensado de retorno
o Flujo de diseño.
o Flujo máximo.
o Flujo mínimo.
o Flujo normal de operación.

TEMA ASME
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