Ingeniero Quimico

TEMA 9.2.- EBULLIDORES DE CARCASA Y
TUBOS
CONTENIDOS DEL TEMA
9.2.1 Tipos de ebullidores
9.2.2 Fundamentos de la transmisión de calor en ebullición
9.2.3 Diseño de ebullidores con circulación forzada
9.2.4 Diseño de ebullidores tipo termosifón
9.2.5 Diseño de ebullidores tipo caldera

TEMA 9.2.- EBULLIDORES DE CARCASA Y
TUBOS
OBJETIVOS
La finalidad principal de este tema es conocerlos tipos de
ebullidores más habituales y aprender a dimensionar
térmicamente los ebullidores de carcasa y tubos. Al
finalizar este tema:
9.2.1 Identificar las partes básicas de los distintos tipos de
ebullidores
9.2.2 Calcular el área de intercambio de calor necesaria
para un ebullidor
9.2.3 Seleccionar el ebullidor más adecuado para una
determinada aplicación
9.2.4Realizar el diseñotérmico de ebullidores tipo caldera
o de circulación forzada
9.2.5 Realizar de forma aproximada el diseño térmico
ebullidores de tipo termosifón

Métodos de diseño para:
Ebullidores (calderines) → vaporizar una fracción de
líquido (producto de colas de una columna de
destilación)
Vaporizadores
En vaporizadores → necesidad de separador

1.1 Tipos de ebullidores

Ebullidor de circulaciónforzada
1.- Circulación forzada → el fluido se bombea con una
bomba a través del cambiador, y el vapor formado se
separa en la base de la columna. Para fluidos viscosos y
sucios (velocs. altas)
Para vacío y velocs. de vaporización ↓
Costes de bombeo

2.- Termosifón → Circulación natural. (Por la
diferencia en densidad entre la mezcla L+V
en el intercambiador y la fase única (L) en labase de la columna)
-Verticales con vaporización en los tubos
-Horizontales con vaporización en carcasa
Económicos
No adecuados para viscosos y alto vacío
Base de la columna elevada para lograr
la carga hidrostática requerida para el
efecto termosifón → Coste soporte
estructura↑

Ebullidor tipo
termosifón vertical

Ebullidor tipo termosifón
horizontal

3.- Tipo caldera →(Ebullidor de bancada
sumergida) ebullición sobre tubos
inmersos en una piscina de líquido → No
hay circulación de L a través del
intercambiador → U↓
No líquidos sucios
Tiempo residencia ↑
Carcasas grandes → Costes ↑ (Ebullidor
interno: bancada dentro de la columna)
Para vaporizadores → no necesita
separador adicional
Para vacío y altas velocs. de vaporización

Ebullidor tipo calderaEbullidor interno

Ebullidor interno

Selección del tipo
Factores:
1.Naturaleza del fluido del proceso (μ, tendencia a
ensuciamiento)
2.P de operación: vacío o P
3.Disposición del equipo (particularmente la carga del
altura)

9.2.2 Fundamentos de la TQ en ebullición
Estimación coefs. difícil → mejor valores experimentales
¡ Ebullición sobre superficie sumergida
(ebullición nucleadaen una piscina de líquido)
Ej.: Tipo caldera o tanque encamisado
Se podría dar también ebullición en película, sin
embargo: → Todos los ebullidores/vaporizadores se
diseñarán para operar en la región de ebullición
nucleada

→ El medio calefactor será seleccionado y su T
controlada para asegurar que la dif de T esté por
debajo a la correspondiente al flujo crítico. Por ej.:
si se va autilizar calentamiento directo con vapor
que va a llevar a una dif. de T demasiado alta, el
vapor se usará para calentar agua y será este agua
caliente la que se utilice como medio calefactor.

Ebullición nucleada en piscina de líq.
hnb= f(natulareza superficie)→ Difícil correlaciones
universales
Foster y Zuber :
hnb

0
0
0
⎡ k L.79 ·CpL.45 ·ρ L.49 ⎤
= 0.00122·⎢ 0.5 0.29 0.24 0.24 ⎥(Tw − Ts )0.24 ·(Pw − Ps )0.75
⎣σ ·μL ·λ ·ρ V ⎦

S.I.:
hnb: coef. de ebullición nucleada, W/m2·ºC
kL: W/m·ºC

CpL: J/kg ºC μL: N·s/m2

ρL, ρV: kg/m3 λ:J/kg

σ: Tensión superficial, N/m
Tw: T de la superficie, ºC

Ts: T de saturación, ºC

Pw: P de saturación a Tw, Pa

Ps: P de saturación a Ts, Pa

Ec. de Mostinski (1963):

[

hnb = 0.104·( Pc ) 0.69 ·(Q ) 0.7 · 1.8·( Pr )...