Intercambiadores de tubos y carcasa

INTERCAMBIADORES DE TUBOS Y CARCASA.
Cuando las áreas de intercambio de calor son de 100 a 200 pies2, es más útil diseñar
un intercambiador de tubos concéntricos. Sin embargo, estos equipos presentan el problema
de limpieza. Para obviar tales problemas y cuando se necesita un área de intercambio
mayor a 200 pies2, se recomienda diseñar un intercambiador de tubos y carcasa.
A continuaciónanalizaremos alguno de los elementos básicos que posee un
intercambiador de tubos y carcasa.
1.- Los tubos. Por ellos circula el fluido recibiendo o eliminando calor a través de su pared
metálica. No debe confundirse con la cañería el cual ésta última se especifica según su
diámetro nominal, siendo su diámetro interior y exterior diferente del diámetro nominal.
Para tubos la especificación estábasada con respecto a su diámetro exterior, el cual
coincide con éste. Los diferentes espesores de tubos están dados según el número BWG tal
como se indica en la Tabla Nº 10 del texto Kern. En el diseño de intercambiadores de tubos
y carcasa, los tubos más usados son los de diámetro exterior ¾ plg y 1 plg. Estos se
construyen en una gran gama de materiales, según sea el fluido y tipo deservicio.
2.- Carcasa (Coraza).- Esta lleva en su interior el haz de tubos. Se fabrican de acero con
diámetro nominal IPS hasta 12 plg. Sobre 12 plg e incluyendo la de 24 plg, el diámetro
exterior coincide con el diámetro nominal, tal como se indica en la Tabla Nº 11 del texto
Kern. El espesor normal para carcasas con diámetros de 12 a 24 plg inclusive es 3/8 plg, lo
cual es satisfactorio paraoperaciones en el lado de la carcasa con caídas de presión hasta
300 psi (lbf/plg2). También se construyen carcasas sobre 24 plg.
3.- Placas desviadoras de flujo (Baffles o deflectores). Es sabido que a mayor turbulencia
son mejores los coeficientes individuales de transferencia de calor. Para crear una mayor
turbulencia en el lado exterior a los tubos, se acostumbra a emplear baffles. Esto causauna
considerable turbulencia y el fluido fluye a través de la carcasa en ángulos rectos al eje de
los tubos, tal como se indica en la Figura 1, ver Capítulo 7 del texto Kern.

Figura 1. Intercambiador de tubos y carcasa del tipo 1-1
La distancia entre baffles se llama distancia entre deflectores (Baffle Pitch, BP). La
distancia entre baffles fluctúa entre:
1
D s ≤ BP ≤ D s
5

(1)Existen varios tipos de placas desviadoras de flujo, pero las más comunes son las del tipo
segmentadas, ver Capítulo 7 del texto Kern. Los baffles segmentados son platos perforados
con alturas que corresponden al 75 % del diámetro interior de la carcasa. Estas se conocen
como 25% de corte baffle (Pc=25%). Sin embargo, algunos estudios señalan que el
porcentaje de corte (Pc) óptimo corresponde aun 20%.
4.- Espaciadores de Baffles. Son soportes que permiten dejar inmóvil el Baffle.
5.- Espejo de Tubos. Son placas que van ubicadas en los extremos del intercambiador de
calor. Son perforadas y en ella va insertado el haz de tubos, ver Capítulo 7 del texto Kern.
6.- Boquillas de entrada y salida. Estas corresponden a los orificios que permiten la
entrada y salida del fluido que circulapor la carcasa.
Disposición de los tubos
Los tubos pueden ubicarse en el interior de la carcasa mediante diversos arreglos.
Estos pueden ser: arreglo cuadrado, arreglo triangular y arreglo cuadrado rotado, tal como
se indica en la Figura 2

Figura 2. Disposición de los tubos en el intercambiador.
El pitch cuadrado tiene ventaja sobre el triangular, puesto que permite con relativa
facilidadla limpieza de los tubos. Además causa una menor caída de presión por el lado de
la carcasa. El arreglo cuadrado presenta la desventaja frente al triangular, puesto que el
coeficiente individual de transferencia de calor exterior a los tubos es más bajo.
Se conoce como Pitch del tubo (Pt) la distancia entre centros de tubos adyacentes.
La distancia mínima entre tubos se conoce con el nombre...