ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA

TALLER DE DISEÑO DE EQUIPOS INDUSTRIALES

“INTERCAMBIADORES DE CALOR”

CATEDRATICO: JOSE LUIS VARGAS MENDEZ

Escuela Superior de Ingeniería

Industria Química en México

Sin duda la química es la ciencia que mayor influencia tiene en la vida cotidiana del ser humano, por la amplia variedad de productos que genera.

• Química Básica

• Química Especializada o Petroquímica

• Química Farmaco-Biologica

• Química del Cuidado Personal

• Química Alimenticia

Principales Industria Químicas México:

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Importancia de los Procesos de Transferencia de Calor

En todos los procesos industriales existe la necesidad de realizar, operaciones de calentamiento y enfriamiento de fluidos y sustancias.

• Destilación

• Evaporación

• Generación de Vapor

• Cristalización

Principales Operaciones Unitarias en las que se requieren realizar un intercambio de calor:

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Clasificación de los Intercambiadores de Calor (IC)

Dada la multitud de aplicaciones de estos dispositivos, se puede realizar una clasificación dependiendo de los siguientes factores:

Dependiendo de su forma de Construcción Servicio que prestara

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Clasificación de los Intercambiadores de Calor (IC) por su configuración

Intercambiador de Tubos Concéntricos:

Este tipo de intercambiador se compone de dos juegos de tubos concéntricos de diámetros diferentes, interconectado dos o mas secciones de estos mediante codos en 180°

Configuraciones posibles:

• Flujo en Paralelo• Flujo en contracorriente.

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Clasificación de los Intercambiadores de Calor (IC) por su configuración

Intercambiador de Tubos y Coraza:

Formados por un haz de tubos corrugados o no, realizado en diversos materiales. El haz de tubos se ubica dentro de una carcasa para permitir el intercambio con el fluido a calentar o enfriar.

Configuraciones posibles:

• Flujo en Paralelo• Flujo en contracorriente.

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Clasificación de los Intercambiadores de Calor (IC) por su configuración

Intercambiadores de Calor enfriados por Aire (Tubos Aletados):

Se compone de un tubo o haz de tubos a los que se sueldan aletas de diferentes tamaños y grosores para permitir el intercambio entre fluidos y gases.

Aplicaciones mas Comunes:

• Radiadores• Condensadores de sistemas

de refrigeración• Enfriadores de Aire o Gases

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Clasificación de los Intercambiadores de Calor (IC) por su configuración

Intercambiadores de Calor enfriados por Aire (Solo Aíres):Son empleados en las refinerías de petróleo y en la industria en general, para la refrigeración de un producto que circula por un radiador, el que es enfriado por el flujo de un ventilador axial.

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Clasificación de los Intercambiadores de Calor (IC) por su configuración

Intercambiador de Calor de Placas:

Formados por un conjunto de placas de metal corrugadas (acero inoxidable, titanio, etc.) contenidas en un bastidor. El sellado de las placas se realiza mediante juntas o bien pueden estar soldadas

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Clasificación de los Intercambiadores de Calor (IC) por su configuración

Intercambiador de Calor en Espiral:

Los intercambiadores de tubo en espiral consisten en un serpentín o grupo de ellos concéntricos enrollados en espiral, se utilizan generalmente cuando el requerimiento de área es pequeño.

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Clasificación de los Intercambiadores de Calor (IC) por Servicio

Los intercambiadores de calor (ICs) están presentes en la mayoría de los sistemas térmicos complejos de las industrias y representan el vehículo más ampliamente usado para la transferencia de calor en las aplicaciones de los procesos industriales.Ellos son seleccionados para servicios tales como:

ENFRIAMIENTO

CONDENSADORES

COOLERS

CALENTAMIENTO

REBOILERS

CALENTADORES

EVAPORADORES

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Fenomenos de Transferencia de Calor presentes en un IC

¿ Que es la Transferencia de Calor?

La transferencia de calor se puede definir como la transmisión de energía de una región a otra, como producto de la diferencia de temperatura entre ellas.

Clasificación de Fenómenos de Transferencia de Calor:

Radiación Conducción Convección

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Fenomenos de Transferencia de Calor presentes en un IC

Conducción:

La conducción es un proceso mediante el cual fluye calor desde una región de alta temperatura a otra de baja temperatura, dentro de un medio determinado.

En estos procesos siempre se manifiesta un flujo continuo de calor de la región mas caliente a la mas fría.

Este mecanismo de transferencia se observa en Solidos, Líquidos Y Gases.

La conducción se verifica mediante la transferencia de energía cinética entre moléculas adyacentes

La energía se transfiere a través de electrones libres, el cual es un proceso importante en el calentamiento de los solidos.

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Ley de Fourier

Permite cuantificar la rapidez del flujo de calor por conducción y establece que:

La conductividad térmica depende de la naturaleza del material en el cual se este manifestando el proceso de transferencia de calor.

k sólidos > k líquidos > k gases

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Conductividad Térmica de Materiales:

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Fenomenos de Transferencia de Calor presentes en un IC

Convección:

La transferencia de Calor por convección implica el transporte de calor en un volumen y la mezcla de elementos macroscópicos de porciones calientes y frías de un gas o un liquido.

La eficiencia de transferencia de calor por convección depende básicamente de la eficiencia del movimiento del mezclado del fluido (puede ser natural o forzado).

Escuela Superior de IngenieríaFenomenos de Transferencia de Calor presentes en un IC

Radiación:

• La transferencia de Calor por radiación, es la transferencia de energía a través del espacio por medio de ondas electromagnéticas.

• Corresponde al proceso en el cual el calor fluye desde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo de baja, cuando están separados por un espacio que puede ser el vacío (Hornos).

• Este mecanismo ocurre a altas temperaturas.

• No se requiere de un medio físico, para que exista radiación.

Escuela Superior de IngenieríaConsideraciones para Diseño y Optimización de los IC’s

Generalmente, los problemas para el diseño de los IC’s que presenta el mundo real tienen un nivel de complejidad considerable. Muchas veces esa complejidad radica en que consisten de varios objetivos y restricciones que deben satisfacerse. La necesidad de seleccionar múltiples variables, tanto de diseño como de operación de estos equipo, buscando una función objetivo con vistas a la minimización de su costo total.

Para minimizar la complejidad de estas consideraciones el diseño de un IC, se puedeClasificar en dos etapas:

Diseño Térmico Diseño Mecánico

Escuela Superior de IngenieríaDiseño Térmico de un IC

Para llevar acaba el análisis y el desarrollo de esta etapa de diseño se deben conocer los siguientes aspectos:

• Carga Térmica a Manejar• Perfiles de Temperatura• Propiedades de los fluidos a manejar• Flujo de Materiales a manejar• Regímenes de Velocidad

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