intercambiadores de calor
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Intercambiadores de Calor. Introducción ¿Qué es Transferencia de calor ? pasar calor de un lado hacia otro … para determinados procesos o bien por cuestiones de eficiencia energética - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Mantenimiento Industrial II
Intercambiadores Intercambiadores de de
Calor Calor
Intercambiadores Intercambiadores de de
Calor Calor
Mantenimiento Industrial II
Introducción
¿Qué es Transferencia de calor ? pasar calor de un lado hacia otro … para determinados procesos o bien por cuestiones de eficiencia energética
Definición: Un intercambiador de calor es un dispositivo que es utilizado para la transferencia de energía térmica interna entre dos o mas fluidos disponibles a diferentes temperaturas. En la mayoría de los intercambiadores de calor los fluidos son separados por la superficie de transferencia, e idealmente no se mezclan.
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MECANISMOS DE TRANSFERENCIA MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALORDE CALORMECANISMOS DE TRANSFERENCIA MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALORDE CALOR
INTERCAMBIO DE CALOR ENTRE
CUERPOS CALIENTES Y FRIOS
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LA MATERIA SE PRESENTA EN TRES ESTADOS:
FASE SÓLIDA FASE LIQUIDA
FASE GASEOSA
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CALOR SENSIBLECALOR SENSIBLECALOR SENSIBLECALOR SENSIBLE
CUANDO LA TRASFERENCIA DE CALOR
ENTRE LA FUENTE Y EL RECEPTOR
PROVOCA VARIACION DE TEMPERATURA
CALOR SENSIBLE
QS = M cp ΔTº
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CALOR LATENTECALOR LATENTECALOR LATENTECALOR LATENTECUANDO LA TRASFERENCIA DE CALOR
ENTRE LA FUENTE Y EL RECEPTOR
PROVOCA UN CAMBIO DE FASE
CALOR LATENTE
QL = M Lo
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EN GENERAL LA TRASFERENCIA DE
CALOR ENTRE LA FUENTE Y EL
RECEPTOR
PROVOCA UN CAMBIO DE FASE Y DE Tº
CALOR TOTAL
QT = QL + QS = M cp ΔTº + M Lo
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EXISTEN TRES FORMAS DE TRANSFERENCIA DE CALOR :
CONDUCCION CONVECCION
RADIACION
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CONDUCCION: Transferencia de calor a través de un material sólido (pared).
CONVECCION: Transferencia de calor entre partes calientes y frías de un fluido por mezclas. ( agua que se calienta en un recipiente).
RADIACION: Transferencia de energía radiante
desde una fuente a un receptor (Sol – Tierra).
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CONDUCCIÓNCONDUCCIÓNCONDUCCIÓNCONDUCCIÓN
La conducción es el único mecanismode transmisión del calor posible en losmedios sólidos opacos.Cuando en tales medios existe un gradiente detemperatura, el calor se transmite de la región demayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moléculas
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Conductividades térmicas de algunos materiales
a temperatura ambiente
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Normas constructivasNormas constructivasNormas constructivasNormas constructivas Código ASME para construcción dentro de la
sección VIII (normas generales para el diseño de recipientes a presión).
Normas TEMA (Tubular Exchanger Manufacturers Association)
En la Argentina, no hay un código mecánico obligatorio aunque por lo general los diseñadores de equipos ajustan sus diseños a las especificaciones del código ASME.
•
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Normas constructivasNormas constructivasNormas constructivasNormas constructivas Clase R: Condiciones de servicio rigurosas.
Máximo de confiabilidad y durabilidad en condiciones de servicios rigurosas.
Clase C: Condiciones de servicio moderadas. Para aplicaciones comerciales y de procesos de propósito general.
Clase B: Para la industria química de procesos Otro código: API 660 (industria petrolera).
requisitos adicionales a las normas TEMA para aplicación de servicio pesado
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ECUACIÓN CINÉTICA DEECUACIÓN CINÉTICA DETRANSMISIÓN DE CALORTRANSMISIÓN DE CALORECUACIÓN CINÉTICA DEECUACIÓN CINÉTICA DETRANSMISIÓN DE CALORTRANSMISIÓN DE CALOR
Esta fórmula es válida parageometría simple, en caso del
intercambiador de tubo y carcasa, un
solo paso por los tubos y un solo
paso por la carcasa
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CONVECCION:CONVECCION:CONVECCION:CONVECCION: Transferencia de calor entre fluido frío
adyacente que reciben calor de superficies calientes, que transfieren al resto del fluido frió por mezcla, o partes calientes y frías
de un fluido por mezclas. ( agua que se calienta en un recipiente).
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Introducción
Requisitos:
1. Alta eficiencia térmica
2. Mínima cáida de presión
3. Confiabilidad y expectativa de vida útil
4. Producto de alta calidad
5. Operación segura
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Clasificación / Tipos de Intercambiadores
Se clasifican de distintas maneras:
• Construcción
• Proceso de transporte
• Cuan compacto
• Arreglo de flujo
• Arreglo de pasos
• Fase de los fluidos
• Mecanismo de transferencia de calor
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Según el proceso de transferenciaSegún el proceso de transferenciaSegún el proceso de transferenciaSegún el proceso de transferencia
- Contacto directo Gas - Líquido Inmiscibles líquido - líquido Sólido-líquido o sólido - gas La mayoría de los intercambiadores de calor por contacto directo caen bajo la
categoría de gas líquido, donde el calor se transfiere entre un gas y líquidos en forma de gotas, las películas o aerosoles. Tales tipos de intercambiadores de calor se utilizan predominantemente en aire acondicionado, humidificación, enfriamiento por agua y condensación de las plantas.
- Contacto indirecto– - Transferencia directa
- Con almacenamiento- Lecho fluido
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Según su construcciónSegún su construcciónSegún su construcciónSegún su construcción Tubular
– - Doble tubo
– - Carcasa y Tubos
- Flujo cruzado - Espiral - Placas - Superficie aleteada (tubular o de placas) - Regenerativo
– - Estático
– - Dinámico
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Según la compacidad:Según la compacidad:Según la compacidad:Según la compacidad:
- Compactos (β ≥ 700 m2 / m3 ) - No compactos (β < 700 m2 /m3) Beta ,densidad de área
Según la disposición de flujos: - Paso único - Cocorriente - Contracorriente - Cruzado - Paso múltiple
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Según el mecanismo de transferenciaSegún el mecanismo de transferenciaSegún el mecanismo de transferenciaSegún el mecanismo de transferencia
- Convección / Convección - Convección / Cambio de fase - Cambio de fase / Cambio de fase - Convección / Radiación
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Según la aplicaciónSegún la aplicaciónSegún la aplicaciónSegún la aplicación - Economizadores, precalentadores,
recuperadores - Hornos - Generador de vapor - Evaporadores, condensadores, torre de
refrigerigeración. - Colector solar - Heat-pipe
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AplicacionesAplicacionesAplicacionesAplicaciones Intercambiador de Calor: Realiza la función doble de calentar y
enfriar dos fluidos • Condensador: Condensa un vapor o mezcla de vapores. • Enfriador: Enfría un fluido por medio de agua. • Calentador: Aplica calor sensible a un fluido. • Rehervidor: Conectado a la base de una torre fraccionadora
proporciona el calor de reebulición que se necesita para la destilación. (Los hay de termosifón, de circulación forzada, de caldera,...)
• Vaporizador: Un calentador que vaporiza parte del líquido
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••INTERCAMBIADOR DE CABEZAL INTERCAMBIADOR DE CABEZAL FLOTANTE INTERNO (tipo AES)FLOTANTE INTERNO (tipo AES)••INTERCAMBIADOR DE CABEZAL INTERCAMBIADOR DE CABEZAL FLOTANTE INTERNO (tipo AES)FLOTANTE INTERNO (tipo AES)
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Componentes
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BafflesBafflesBafflesBaffles
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Barras separadorasBarras separadorasBarras separadorasBarras separadoras
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TubosTubosTubosTubos Normas dimensionales BWG (Birmingham
Wire Gage).Normaliza los tubos por su diámetro exterior y por un número de serie que es el que define el espesor del tubo.
Diámetros que van desde ¼” hasta 1,5”.Casi todos los intercambiadores se construyen utilizando tubos de ¾” o de 1”.
El largo de los tubos es definido por el diseñador. La utilización de tubos excesivamente largos
dificulta las operaciones de limpieza.
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TubosTubos- - Materiales: Materiales: TubosTubos- - Materiales: Materiales:
Se selecciona de acuerdo a las características de los fluidos desde el punto de vista de la corrosión.
El espesor del tubo se selecciona de acuerdo al cálculo mecánico en función de la presión y la temperatura de trabajo del equipo. El espesor de cálculo deberá incrementarse con un sobreespesor por corrosión que dependerá de los fluidos manejados y del material de los tubos.
Los materiales mas comúnmente empleados en los tubos de los intercambiadores de calor son los aceros al carbono, aceros aleados; aceros inoxidables; cobres; níquel y sus aleaciones.
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Distribución de los tubosDistribución de los tubosDistribución de los tubosDistribución de los tubos
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Arreglo de tubosArreglo de tubosArreglo de tubosArreglo de tubos
Triangular o tresbolilloNormal (fig 2 a)Con espacios de limpieza (fig 2 b)CuadradoNormal (fig 2 c)Rotado (fig 2 d)
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Métodos de fijación de los tubos a las Métodos de fijación de los tubos a las placas tubulares:placas tubulares:
Métodos de fijación de los tubos a las Métodos de fijación de los tubos a las placas tubulares:placas tubulares: – Por expansión del tubo contra el agujero de la placa
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Métodos de fijación de los tubos a las Métodos de fijación de los tubos a las placas tubulares:placas tubulares:
Métodos de fijación de los tubos a las Métodos de fijación de los tubos a las placas tubulares:placas tubulares: – Por soldadura
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Causas de deterioro y averías:Causas de deterioro y averías: Causas de deterioro y averías:Causas de deterioro y averías:
Principalmente los daños ocurren en las superficies de los materiales del intercambiador de calor en contacto con hidrocarburos, sustancias químicas, agua y vapor. Los daños son influenciados por factores tales como: temperatura, fatiga mecánica, turbulencia, concentración y velocidad de escurrimiento de los fluidos.
La corrosión en diferentes formas, de uno o en ambos lados de los tubos del mazo, puede causar pinchaduras con consecuentes pérdidas o mezcla de fluidos.
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Causas de deterioro y averías:Causas de deterioro y averías: Causas de deterioro y averías:Causas de deterioro y averías:
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Causas de deterioro y averías:Causas de deterioro y averías: Causas de deterioro y averías:Causas de deterioro y averías:
Corrosión
Puede ocurrir en cualquiera de los componentes del intercambiador en contacto con los fluidos o en las áreas donde ocurran cambios de estados (liquido-vapor). Este es el principal mecanismo de falla en los intercambiadores de calor, especialmente en los tubos, y dependerá de los materiales y de los fluidos que circulan por esto
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CorrosiónCorrosiónCorrosiónCorrosión Hidrocarburos
– Agentes corrosivos:
– Compuestos de azufre
– Acido clorhídrico (resultante de la hidrólisis de clorato de calcio o de magnesio)
Agua Este es el modo de corrosión mas visto en este
tipo de equipos, y hay que tener especial cuidado porque el agua es muy corrosiva frente al acero,
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Averías mecánicasAverías mecánicasAverías mecánicasAverías mecánicas
Grietas. Vibraciones en los tubos (ocasionando desgaste
al rozar el tubo con los baffles). Aflojamiento de tubos en el cabezal. Los principales agentes de corrosión son:
Estrangulamiento por colapso de los tubos (debido a gran presión diferencial entre el lado interno y externo de los tubos, por ejemplo).
Alabeo y deformación de los tubos. Montaje inadecuado.
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