Guía diseño de tubos y coraza

DISEÑO DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR DE CARCASA Y TUBOS
Conocidas las condiciones de proceso de los fluidos tales como: temperaturas de
entrada y salida, flujos másicos, caídas de presión permitidas y factores de
ensuciamiento, el diseño de un intercambiador de calor de carcasa y tubo. El
diseño de un intercambiador de calor consiste en un conjunto sistemático de
cálculos de suposiciones ypruebas, mediante comparación con parámetros
preestablecidos como lo son el área de intercambio de calor y caída de presión
permisibles para cada fluido en el lugar respectivo de circulación. Si la
comparación no resulta satisfactoria en base a ciertos criterios que se
establecerán en una sección posterior, se debe iniciar una nueva prueba
cambiando algunos parámetros supuestos inicialmentecomo por ejemplo
coeficiente de diseño, numero de pasos por los tubos, tamaño de carcasa,
espaciado entre los deflectores y otros.
En el diseño de un intercambiador de calor, es importante conocer el efecto que
producen las variables que intervienen en el, tales como dimensiones, arreglos de
tubo, espaciado entre los deflectores, velocidades másicas, las que producen
cambios en loscoeficientes de transferencia de calor individuales y globales,
repercutiendo en forma directa sobre el área de transferencia de calor del equipo.
Conocer los cambios que introducen las variables de diseño sobre este, permite
reducir tiempo considerable en el método de prueba y error que será aplicado para
estimar el intercambiador necesitado para un servicio en particular. Iniciando los
tanteos en basea recomendaciones de tipo practico y modificando las variables
según criterios a exponer se consigue en pocas pruebas el diseño solicitado.
PROCEDIMIENTO GENERAL DE DISEÑO
En el diseño de un intercambiador de calor, las incógnitas existentes son el
coeficiente global de transferencia de calor (Uo) y el área de transferencia de calor.
Si se supone un valor de Uo obtenido según valores dadospara combinaciones de

las sustancias mas comunes en experiencias, se puede obtener un primer valor de
prueba del área. Combinando el valor del área con una longitud, diámetro interno y
arreglo de tubos se puede determinar el tamaño de una carcasa que servirá de
prueba en el diseño.
Luego de determinar el lugar de circulación de los fluidos en base a
recomendaciones dadas se elige un numerode pasos de prueba para los tubos.
Los mayores números de pasos producen mayores coeficientes de transferencia
de calor acompañados de mayores caídas de presión en los tubos. Las pruebas
del numero de pasos en los tubos pueden iniciarse comenzando por los mayores
valores tratando de situar la velocidad másica entre 750.000 Lb/h y 1.500.000 Lb/h
para fluidos con una caída de presiónpermisible de 10 Psi. Un numero de pasos
por los tubos supuesto satisfactoriamente conduce a un valor del coeficiente de
transferencia de calor del lado de los tubos hi mayor que el valor del Uo supuesto y
la caída de presión no excederá la permitida para el fluido en cuestión.
Si el numero de pasos es incorrecto, la caída de presión es mayor que la tolerada
y será necesario disminuir el numero depasos al inmediato inferior, seleccionando
un nuevo numero de tubos y efectuando el calculo correspondiente una vez mas.
Una alternativa que existe cuando para una carcasa dada ninguno de los pasos
permite una caída de presión razonable, es disminuir o aumentar el tamaño de la
carcasa e iniciar el tanteo con el numero de pasos nuevamente. Entendiéndose
por caída de presión no razonable aquellademasiada pequeña (inferior a 0,5 psi)
o aquella que supere los 10 psi, que es lo considerado económicamente
razonable.
Satisfechos los requerimientos de caída de presión para el lado de los tubos el
calculo se desplaza hacia el lado de la carcasa. Se inicia la prueba asumiendo un
espaciado entre los deflectores (B) que puede variar en un amplio rango 1/5 Di`<
B < Di` siendo Di`, el...