Ensayo

Cap. 4 Principios de transferencia de calor en estado estacionario

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4.9 INTERCAMBIADORES DE CALOR
4.9A

Tipos de intercambiadores

1. I ntroducción. En las industrias de proceso, la transferencia de calor entre dos fluidos casi siempre
se lleva a cabo en intercambiadores de calor. El tipo más común es uno en el cual el fluido caliente
y el frío no entran en contacto directo el unocon el otro, sino que están separados por una pared
de tubos o una superficie plana o curva. La transferencia de calor se efectúa por convección desde
el fluido caliente a la pared o la superficie de los tubos, a través de la pared de tubos o placa por
conducción, y luego por convección al fluido frío. En las secciones anteriores de este capítulo se
han analizado los procedimientos de cálculopara estas diversas etapas. Ahora estudiaremos algunos
de los tipos de equipos utilizados y el análisis térmico general de los intercambiadores. Se han
elaborado métodos de diseño completos y detallados, pero no serán considerados aquí.
2. Intercambiador de calor de doble tubo. El intercambiador más simple es el intercambiador de
doble tubo o de tubos concéntricos. Este se muestra en lafigura 4.9-1, donde uno de los fluidos fluye
en el interior de una tubería y el otro lo hace en el espacio anular entre ambas tuberías. Los fluidos
pueden circular en paralelo o a contracorriente. El intercambiador puede fabricarse con un simple
par de tubos adptando las conexiones en los extremos, o con varios pares interconectados en serie.
Este tipo de intercambiador es útil principalmente paravelocidades de flujo bajas.
3. Intercambiadores de tubos y coraza. Cuando se manejan flujos más grandes se usa un
intercambiador de tubos y coraza, que es el tipo más importante en las industrias de proceso. Los
flujos de estos intercambiadores son continuos. Se usan muchos tubos en paralelo con uno de los
fluidos circulando en su interior. Los tubos, distribuidos en forma de manojo, estánencerrados en
una sola coraza y el otro fluido fluye por el exterior de los tubos, dentro de la coraza. En la figura
4.9-2a se muestra el modelo más simpk de intercambiador de tubos y coraza que corresponde a un
solo paso por los tubos y un solo paso por ,la coraza, es decir, se trata de un intercambiador l-l a
contracorriente. El fluido frío entra y circula por los tubos en paralelo en un solopaso, mientras que
el fluido caliente entra por el otro extremo y fluye a contracorriente por el exterior de los tubos. Se
usan deflectores transversales de tal manera que el fluido se ve forzado a fluir perpendicularmente
por la batería de tubos en lugar de hacerlo en paralelo. Esta turbulencia adicional generada por el flujo
transversal, aumenta el coeficiente de transferencia de calor de lacoraza.
En la figura 4.9-2b se muestra un intercambiador 1-2 paralelo-contracorriente. El líquido en los
tubos fluye pasando dos veces (tal como se indica) y el líquido de la coraza fluye en un solo paso. En

Entrada del fluido frío

Salida del fluido caliente

t--

-Entrada del fluido caliente

Salida del fluido frío

FIGURA

4.9-l. Flujo en un intercambiador de calor de dobletubo.

302

4.9

Entrada del fluido frío

Salida del fluido caliente

FIGURA 4 . 9 - 2 .

de

calor

Salida del fluido frío

Entrada del fluido frío

Salida del

Intercambiadores

Salida del fluido frío

Entrada del fluido caliente

Entrada del fluido caliente

Intercambiadores de calor de tubos y coraza: a) un paso por la coraza y un paso por los tubos,(intercnmbiador I-I); b) un paso por la coraza y dos pasos por los tubos (intercambiador I-2).

el primer paso por los tubos, el fluido frío fluye a contracorriente del fluido caliente de la coraza y en
el segundo paso por los tubos fluye en paralelo con el fluido caliente. Otro tipo de intercambiador opera
con 2 pasos por la coraza y 4 pasos por el tubo. Se usan también otras combinaciones de número de...