GuiaIntercambiadores







OPERACIONES UNITARIAS II

DIMENSIONAMIENTO DE INTERCAMBIADORES DE CALOR TUBULARES

MATERIAL COMPLEMENTARIO





Realizado por:
Prof. María Isabel Briceño


Mérida, junio de 2005.
DIMENSIONAMIENTO DE INTERCAMBIADORES DE CALOR
METODOS – TABLAS



1. Introducción
En la presente guía se describe, en forma general, los métodos que permiten el dimensionamiento de intercambiadores de calor dedoble tubo y de carcasa y tubo. Se incluyen también tablas de datos complementarios con información pertinente al dimensionamiento de dichos equipos. A modo de ilustración, en las Figs. 1 y 2 se muestran esquemas de un intercambiador de doble tubo y un intercambiador de carcasa y tubo. Igualmente, en la Fig. 3 se ha presentado la clasificación gráfica de los intercambiadores de calor de carcasa ytubo, acorde a los estándares de la TEMA (Tubular Exchanger Manufacturers Association).
2. Procedimiento general para el diseño de intercambiadores de todo tipo
El dimensionamiento de un intercambiador de calor consiste en una serie de pasos que es común a todos los tipos de intercambiadores. Se puede decir que es un algoritmo; en la Fig. 4 se muestra el flujograma del algoritmo. A continuación sedescribe cada paso del algoritmo.

Paso 1: Definición del problema
En esta etapa se debe obtener una idea del tipo de trabajo de intercambio que hace falta, para los fluidos en cuestión y las condiciones de operación. Este examen permite determinar el tipo de intercambiador de calor que, a priori, es más conveniente para dicha aplicación. Adicionalmente, deben establecerse cuales son lascondiciones de operación imperantes en el proceso. Las condiciones de operación más importantes son los flujos, las temperaturas y presiones de operación y las limitaciones de caída de presión en el sistema. El criterio usual es que la caída de presión sea inferior a 1 bar (ó ≈ 10 psi), tanto por los tubos como por la coraza o tubo externo. En plantas ya instaladas, las limitaciones de caída de presiónpueden ser más severas, dependiendo de la potencia de bombeo disponible.

Paso 2: Selección de un tipo básico de intercambiador de calor
En la industria química el intercambiador de calor más utilizado hasta tiempos recientes (actualmente los intercambiadores de coraza y tubo están siendo reemplazados por intercambiadores de placas, de área extendida y otros) ha sido el de coraza y tubo,especialmente cuando se requieren áreas relativamente grandes de intercambio. Cuando se trata de áreas pequeñas (< 50 m2), puede pensarse en intercambiadores de doble tubo, aunque estos resultan más voluminosos y costosos que los de carcasa y tubo, para áreas similares de intercambio. Otra situación donde es conveniente usar intercambiadores de doble tubo es en el caso en que uno de los fluidos, oambos, se encuentran a muy alta presión; es más fácil impedir las fugas en el intercambiador de doble tubo que en el de carcasa y tubos. Por la misma razón, los intercambiadores de doble tubo resultan convenientes cuando se manejan gases muy difíciles de contener (tal como el H2) o fluidos tóxicos. Dado que estos intercambiadores son relativamente fáciles de limpiar, son también adecuados cuando losfluidos son muy sucios o muy corrosivos.




Fig. 1. Intercambiador de doble tubo. En la parte superior se presentan cortes transversales mostrando los tubos sin aletas y con aletas.





Fig. 2. Intercambiador de carcasa y tubo.


Fig. 3. Clasificación de los intercambiadores de carcasa y tubo acorde a la TEMA.


























Fig. 4. Procedimiento general para el diseño deintercambiadores de calor.
Existe una serie de aplicaciones para las cuales los intercambiadores de carcasa y tubo y de doble tubo no son adecuados. Por ejemplo, si el área de intercambio requerida es superior a 700 m2, (fluidos de muy bajo coeficiente de convección) es conveniente utilizar intercambiadores compactos; estos suelen usarse para intercambios gas-gas o gas-líquido. También existen los llamados...