DISE O DE INTERCAMBIADORES DE CALOR DE TUBO Y

DISEÑO DE INTERCAMBIADORES
DE CALOR DE TUBO Y CORAZA
Ing. Vicente Adum Gilbert
SISTEMAS TÉRMICOS I
FIMCP-ESPOL

¿QUÉ ES UN INTERCAMBIADOR DE
CALOR?
• Equipo utilizado para transferir calor entre dos
fluidos que se encuentran a diferentes
temperaturas y que están separados por una
frontera sólida.
• DISEÑAR un intercambiador de calor significa
encontrar el tamaño adecuado de esa frontera
sólidaque garantice una determinada tasa de
transferencia de calor.

PARTES DE UN INTERCAMBIADOR
DE CALOR DE TUBOS Y CORAZA
(ICTC)

PARTES DE UN ICTC

ESPEJOS (Tube Sheet)

Espejo de un IC de un solo pase
(haz de tubos fijo).

Espejo de un IC de dos pases,
(haz de tubos flotante).

ESPEJOS (Tube Sheet)

Los huecos son rimados para garantizar expansión perfecta (acabado y tolerancia).

ESPEJOS (TubeSheet)

Espejo de un IC de alta presión (700 psi).
Aire en tubos, agua en coraza.
Material espejo: acero al carbono.
Material tubos: AISI-304 (inoxidable).

Espejo de condesador de refrigerante R22.
Refrigerante en la coraza, agua mar en tubos.
Material espejo: AISI-316 (inox).
Material tubos: Cupronickel 7030.

HAZ DE TUBOS (Tube Bundle)

Haz de tubos en U.
Enfriador de aceite de trefilaciónAceite en coraza, agua en tubos.
Material tubos: cobre.
Material baffles: acero al carbono.

Haz de tubos en U.
Material tubos: AISI-304
Material baffles: AISI-304
Material espejo: AISI-304.

HAZ DE TUBOS (Tube Bundle)

Haz de tubos en U de tipo flotante; enfriador de aceite de trefilación;
aceite en coraza agua en tubos. Material tubos: cobre; material espejos:
acero al carbono; material empaque:neopreno. Dos pases de tubos.

DESVIADORES (Baffles)

Haz de tubos durante el ensamble. Primero se ensambla la estructura,
conocida como haz de baffles.

DESVIADORES (Baffles)
• Los Baffles introducen una componente de
flujo cruzado.

• Aumentan la turbulencia, por tanto,
aumentan la transferencia de calor… pero
también aumentan la caída de presión.
• Sirven como soporte estructural para lostubos.

BAFFLES Y SEPARADORES (Spacers)

Nótense aquí las varillas y separadores
tubulares (spacers) que permiten ensamblar el
haz de baffles.

TUBOS

Tubos con aletas integrales externas.
(maquinadas directamente en tubo).
Material: Cupronickel 9010

Tubos con aletas externas tipo L-foot
Material tubo: cobre.
Material aletas: aluminio.

CABEZAS (Heads)

Cabeza frontal tipo B (TEMA), para IC de
dospases de tubos.

Cabeza posterior tipo M (TEMA) para
Evaporador de R22 (en tubos).

CABEZAS (Heads)

Cabeza posterior de un ICTC de un solo
Pase, tipo M (TEMA) (aftercooler de un
compresor).

Interior de cabeza frontal de un ICTC
de cuatro pases (aftercooler de
compresor).

CORAZA O CARCASA (Shell)

Coraza de un aftercooler de alto flujo y baja presión. Coraza tipo E según TEMA.

CORAZA OCARCASA (Shell)

Las corazas no son siempre de sección circular.
Este caso es de sección rectangular.
Recuperador de calor experimental para calderas pirotubulares.

CORAZA O CARCASA (Shell)

PROCESO DE DISEÑO DE ICTC

Análisis de Transferencia
de calor
(Re, Nu, Pr, U, etc.)
(L tubos o A_nueva)

INICIO

Caídas de Presión
(Mecánica de Fluidos)

(Temps y un flujo)
Análisis Termodinámico
(Q, temps,flujos)
Prediseño

(Delta P)
Selección de
Materiales

NO
¿Todo Ok?

(A aprox.)

SI
Diseño de Forma

(d, Nt, D, B,
Arreglo tubos, etc.)

(A, L_tubos, U)

FIN
(Decisión en base a criterios,
valores típicos, experiencia y
restricciones)

ANÁLISIS TERMODINÁMICO
• Consiste en determinar los parámetros que
NO DEPENDEN DE LA FORMA del
intercambiador.
• Temperaturas de entrada y salida (4).
• Flujos (2).
•Calor Transferido (1).

ESQUEMA Y SUPESTOS

•
•
•
•

Estado estable
Sistema adiabático.
DEP = DEC = 0
W=0

BALANCE DE ENERGÍA
Qa =

m a · ( h a,o – h a,i )

V. C. #1

Qb =

m b · ( h b,o – h bi )

V. C. #2

Qa =
ma ·

ha

=

– Qb
– mb ·

(«h» son las
entalpías)

hb

Si sustancias son incompresible y Cp es constante:

m a · Cp a ·

Ta

=

– m b · Cp b ·

Tb

Si UNA sustancia es incompresible...