Tubos concentricos

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CAMBIADOR DE TUBOS CONCÉNTRICOS

INTRODUCCIÓN TEÓRICA

Los cambiadores de calor son equipos que permiten el intercambio de energía entre fluidos que se encuentran a distinta temperatura.
Estos tienen diferentes nombres según el uso, como por ejemplo:
• Los calentadores: Se usan primariamente para calentar fluidos de proceso y generalmente es utilizado vapor como fluido decalentamiento, para este fin.
• Los enfriadores : se emplean para enfriar fluidos de proceso; el agua es utilizada como el medio enfriador principal.
• Los condensadores: Son enfriadores cuyo principal propósito es eliminar calor latente para lograr la condensación de un gas.
• Los hervidores: Tienen el propósito de suplir los requerimientos de calor en los procesos de destilación como calorlatente.
• Los evaporadores: Se emplean para la concentración de soluciones por evaporación de agua, si se evapora otro fluido además de el agua, la unidad se llama vaporizador.

Los cambiadores más sencillos son los de tubos concéntricos. En ellos, uno de los fluidos circula por el tubo interior, mientras que el otro lo hace por el espacio anular entre los dos tubos. La circulación deambos fluidos puede ser en paralelo (los dos fluidos se desplazan en el mismo sentido) o en contracorriente (los fluidos se desplazan en sentidos contrarios), tal como se muestra en la siguiente figura.
[pic]
Cambiador de calor de tubos concéntricos:
a) Circulación en paralelo. b) Circulación en contracorriente
T1 y T2 (K) representan las temperaturas de entrada y salidadel fluido caliente, t1 y t2 (K) las temperaturas de entrada y salida del fluido frío, mc y mf (kg/h) los caudales másicos de los fluidos caliente y frío, respectivamente.
La Forma idónea de trabajar con este equipo, es mediante la aislación térmica, que permite que el cambiador sea adiabático, lo que permite que no haya perdida de calor con el medio ambiente, aunque que esto es difícil delograr ya que seria costoso aislar una tuberia a tal grado que no transfiera calor al exterior.

Como todos los intercambiadores de calor, el de tubos concéntricos tiene 4 resistencias a la transferencia de calor en serie: las dos debidas a la transmisión de calor por convección en ambos fluidos, que vendrán caracterizadas por sus correspondientes coeficientes individuales de transmisión (hf y hc),la debida a la transmisión por conducción en la pared que los separa, caracterizada por la conductividad térmica del material (K) y su espesor, y la última que es el factor de incrustación.
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En la siguiente figura se presentan los perfiles de temperatura en el cambiador de acuerdo a la posición de los fluidos, paralelo o en serie.

a) Circulación en paralelo b) Circulación encontracorriente

Perfiles de temperatura en un cambiador de calor de tubos concéntricos

La imagen industrial de este aparato es la mostrada en la siguiente

Las partes principales son dos juegos de tubos concéntricos, dos “T`s” conectoras, un cabezal de retorno y un codo en “U”. La tubería interior se soporta en la exterior mediante estoperos y el fluido entra a el tubo interior a travésde una conexión roscada localizada en al parte externa del intercambiador.
Las “T`s” tienen boquillas o conexiones roscadas que permiten la entrada y salida del fluido, el ánulo que cruza de una sección a otra a través del cabezal de retorno.
La tubería interior se conecta mediante una conexión en “U” que está generalmente expuesta, pues no representa una superficie considerable para latransferencia de calor, cuando se arregla en dos pasos, como en la figura anterior, la unidad se llama horquilla.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL INTERCAMBIADOR DE TUBOS CONCÉNTRICOS.
VENTAJAS.
• Diseño: Es muy fácil realizar sus partes estándar para un posterior montaje.
• Montaje: Se puede ensamblar en cualquier taller de plomería.
• Costos: Proporciona superficies de transferencia de...
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