Diseño de Intercambiadores de Calor_UNAM



DISEÑO MECANICO DE CAMBIADORES DE CALOR DE TUBOS Y CORAZA.

Coraza y tubo
La construcción más básica y común de los intercambiadores de calor es el de tipo tubo y coraza que se muestra en la siguiente figura.

Figura 1: Intercambiador de calor de coraza y tubos.
Este tipo de intercambiador consiste en un conjunto de tubos en un contenedor llamado coraza. El flujo de fluido dentro delos tubos se le denomina comúnmente flujo interno y aquel que fluye en el interior del contenedor como fluido de coraza o fluido externo. En los extremos de los tubos, el fluido interno es separado del fluido externo de la coraza por el espejo o espejos del tubo. Los tubos se sujetan o se sueldan al espejo para proporcionan un sello adecuado. En sistemas donde los dos fluidos presentan una grandiferencia entre sus presiones, el líquido con mayor presión se hace circular típicamente a través de los tubos y el líquido con una presión más baja se circula del lado de la coraza. Esto es debido a los costos en materiales, los tubos del intercambiador de calor se pueden fabricar para soportar presiones más altas que el de la coraza del cambiador con un costo mucho más bajo. Las placas de soporte(support plates) mostradas en figura (1) también actúan como bafles para dirigir el flujo del líquido dentro de la coraza hacia adelante y hacia atrás a través de los tubos.



CONCEPTOS

Presión de operación (Po).

También conocida como presión de trabajo. Se define como la presión manométrica a la cual está sometido un equipo en condiciones normales de operación. Debemos tener presenteque en el caso de los cambiadores de calor, se manejan dos presiones de operación, una por el lado de tubos y la otra por el lado de la coraza.

Presión de diseño (PD).

Se define como la presión que será utilizada en el diseño del cambiador de calor. Para servicios a “vacío” se debe especificar una presión externa de diseño de 14.7 Lb/pulg2. (vacío total).
Para una presión de operaciónarriba de la atmosférica,
la presión de diseño será:

si Po≤ 300 Lb/pulg2, Pd = Po +30 Lb/pulg2.

ó
Sí Po≥300 Lb/pulg2, entonces Pd =1.1>Po

Resulta importante mencionar que al hablar de presiones, temperaturas, materiales, etc., en cambiadores de calor, debemos siempre especificar si se trata del lado de los tubos o del lado de la coraza, ya que generalmente las condiciones deoperación y consecuentemente las de diseño, son diferentes en un lado y en el otro.

Presiones de prueba (Pp).

Normalmente conocida como presión hidrostática de prueba, la cual es llevada a cabo una vez que ha sido fabricado el cambiador de calor, fundamentalmente consiste en el llenado del equipo con agua, al mismo tiempo que se le somete a presión, su valor se cuantificará por medio de la siguienteecuación:
Pp =Pd
Donde:
Sta = Esfuerzo a la tensión del material a la temperatura ambiente.
Std = Esfuerzo a la tensión del material a la temperatura de diseño.

Presión de trabajo máxima permisible.
Es la presión máxima a la que se puede someter un cambiador de calor en condiciones de operación, la evaluación de esta presión, será de mayor utilidad
cuando el equipo se encuentre en lassiguientes condiciones:
a) En condiciones corroídas.
b) Bajo los efectos de la temperatura de diseño.
c) En posición normal de operación.

Temperatura de operación (To)
Es el valor normal de temperatura en las condiciones de operación del proceso, a la cual el cambiador de calor será expuesto.

Temperatura de diseño(TD).
Se define como la temperatura que será utilizada en el diseño delcambiador de calor, esta temperatura se selecciona como sigue:
Para fluidos que operan con una temperatura superior a 32 F(0 C), la temperatura de diseño será la que resulte mayor de las siguientes:

Para fluidos que operan a una temperatura de 32 F (0 C) o inferior, se deberá especificar simultáneamente la temperatura mínima y la máxima anticipada, siendo esta última no menor a 150 F (65.5 C)...