Preinforme5_DanielFernandez_ConstanzaHidalgo - Constanza Hidalgo Saelzer

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UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA Y AMBIENTAL 
TRANSFERENCIA DE CALOR 1er Semestre 2017 
 
 
 
 
Profesora Paula Guerra 
Integrantes Constanza Hidalgo 
Daniel Fernández 
Fecha 29/05/2017 
Bloque Miércoles 9-10 
Experiencia 
N°5 
29 de mayo 
2017 
Los intercambiadores de calor tipo placa son importantes a 
nivel industrial, utilizándose para condiciones en las que se 
requieren grandes superficies de intercambio. Es por esto que 
se estudian sus características y funcionamiento, ya que es 
fundamental para desarrollar una correcta operación del 
sistema estudiado 
Intercambiadores 
de Calor 
Universidad Técnica Federico Santa María 
Departamento de Ingeniería Química y Ambiental 
Transferencia de Calor 2017-1. Campus San Joaquín 
 
 
Experiencia 5: Intercambiadores de Calor Página | 2 
 
1. Explique la estructura y principio de funcionamiento de un intercambiador de calor 
de placas y desarrolle sus respectivos balances de energía. Además explique para qué 
sirve corrugado y cómo funciona. 
 
Un intercambiador de calor de placas, consta de, tal como su nombre lo indica, de una serie 
de placas selladas por juntas de goma que evitan la mezcla entre flujos. Las finas placas 
están unidas a través de canales entre ellas y un armazón. Cada fluido circula a un canal 
independiente a contracorriente, y circulan por las placas intercaladamente [1]. 
 
Figura 1: Esquema de funcionamiento de un intercambiador de calor de placas. 
 
El balance de calor para dicho aparato es: 
 
𝑄 = 𝑈𝐴∆𝑇𝑇𝑑𝐶 
 
(1) 
Donde 𝑈 es el coeficiente global de trasferencia de calor; 𝐴, el área de transferencia de 
calor, y ∆𝑇𝑇𝑑𝐶, la diferencia de temperatura. 
Además, 𝑄 puede ser tanto calor transferido desde el fluido caliente, o calor absorbido por 
el fluido frío. Estos están dados por: 
 
 𝑄𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜 = 𝑄𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑜 
𝐹𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜,1 ∙ 𝐶𝑝𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜,1 ∙ (𝑇2 − 𝑇1) = 𝐹𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜,2 ∙ 𝐶𝑝𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜,2 ∙ (𝑡2 − 𝑡1) 
 
(2) 
 
 
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El corrugado de las placas, son hendiduras helicoidales, hechas para optimizar el 
rendimiento y la transferencia de calor. Esto, debido al aumento de la turbulencia en el 
fluido circulante, por consiguiente, el número de Reynolds crece, así, se incrementa el 
coeficiente 𝑈. [2] Además, proporcionan rigidez al conducto, evitando la formación de una 
capa límite en su parte interior. 
 
2. Indique criterios para una selección preliminar de un tipo de intercambiador de 
calor. Considere al menos rango de temperaturas, áreas de intercambio de calor, 
velocidades recomendadas y presión máxima de operación. 
 
En la siguiente Tabla 1 se presentan cuatro tipos de intercambiadores de calor con sus 
respectivas características operacionales, para su correcta selección preliminar de uso: [3] 
 
Tabla 1: Comparación entre los intercambiadores de calor más comunes. 
 
Tipo de 
Intercambiador 
Temperaturas 
[°𝑪] 
Presión 
Máxima 
[𝒌𝑷𝒂] 
Superficie de 
Intercambio 
[𝒎𝟐] 
Reynolds 
Tubo y Carcasa −200 𝑎 700 35000 5 𝑎 1000 𝑅𝑒 > 2100 
PHE con 
empacaduras 
−40 𝑎 180 3000 1 𝑎 1200 𝑅𝑒 > 10 
PHE sin 
empacaduras 
−200 𝑎 980 35000 𝐻𝑎𝑠𝑡𝑎 10000 𝑅𝑒 > 10 
SHE 400 20 0,5 𝑎 350 𝑁𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜 
 
Además, la Tabla 2 presenta características en el uso del equipo a conseguir. 
 
Tabla 2: Descripción de cada equipo con sus respectivas características. 
 
Tipo de Intercambiador Observaciones 
Tubo y Carcasa Versátil, independiente de la temperatura y 
la presión, se usa en cualquier aplicación. 
PHE con empacaduras 
Alta eficiencia térmica, bajo ensuciamiento, 
fácil mantención. El material de la 
empacadura puede limitar el tipo de fluido 
de trabajo. 
PHE sin empacaduras 
Alternativa del intercambiador de tubo y 
coraza, se limpian químicamente. 
SHE 
Alta eficiencia térmica, bajo ensuciamiento, 
fácil mantención. Puede manejar 
suspensiones, barros y líquidos fibrosos. 
 
 
 
 
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3. Explique qué son los intercambiadores de contacto directo e indirecto. 
Ejemplifique. 
 
Intercambiadores de contacto directo: 
 
También llamados mezcladores, en estos, el calor se transfiere entre dos fluidos sin ninguna 
separación entre ellos. Generalmente se utilizan líquidos de muy baja presión de vapor, 
junto con gases. Estos deben ser fácilmente separables después del proceso de transferencia 
de calor. [4] Ejemplos de estos, son las torres de enfriamiento, que funcionan extrayendo 
calor del agua, mediante evaporación. 
 
Figura 2: Esquema de una torre de enfriamiento. 
 
Intercambiadores de contacto indirecto 
Al contrario de los anteriores, no existe comunicación entre fluidos. La transferencia de 
calor se realiza a través de una pared, por conducción, o desde el interior de un tubo hacia 
el exterior.[4] Los tipos que corresponden a esta clasificación, son los intercambiadores de 
tubo y coraza, tubos concéntricos, de placas, evaporadores, entre otros [5]. A continuación, 
se muestra un esquema de uno de estos aparatos: 
 
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Figura 3: Esquema de un intercambiador de calor de tubos y coraza. 
 
4. Señale características, usos, ventajas, desventajas y el esquema principal de los 
siguientes intercambiadores de calor: (i) tubos y coraza, (ii) placas y (iii) doble tubo. 
Incluya imágenes y parámetros de operación característicos. Señale las referencias 
claramente. Presente los resultados en una tabla resumen. 
 
Tabla 3: Análisis de los intercambiadores descritos. [6] 
 
Tipo de 
Intercambiador 
Tubo y Coraza Placas Doble Tubo 
Características 
Una serie de tubos 
geométricamente 
espaciados, montados 
dentro de una coraza 
cilíndrica da forma a 
este intercambiador, 
que consta de un 
número de pasos 
requeridos según una 
caída de presión en 
los fluidos. Contiene 
deflectores, capaces 
de mantener una 
distribución uniforme 
del flujo. 
Serie de placas 
acanaladas que se 
montan en un marco y 
se afianzan con 
abrazadores. Estas 
placas están diseñadas 
para el mejoramiento 
de la transferencia de 
calor, 
Está constituido por 
dos tubos 
concéntricos, por 
donde fluyen los 
fluidos, por lo que la 
transferencia de calor 
es a lo largo del tubo 
de menor diámetro. 
Puede tener 
configuración co-
corriente o 
contracorriente. 
Usos 
Se utilizan en la gran 
mayoría de los 
Se utiliza en la 
industria alimentaria, 
Generalmente se 
utilizan cuando los 
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procesos, ya que 
trabajan con altas 
temperaturas y altas 
presiones, es por ello, 
que se prefieren a la 
hora de trabajar con 
calentamiento o 
condensación de 
vapores. 
pasteurización ya que 
se trabaja con fluidos 
de baja viscosidad. 
fluidos no presentan 
cambios de estados; 
producción de 
gaseosas. 
Ventajas 
Eficientes a altas 
turbulencias. 
 
Operan con altas 
temperaturas y 
presiones. 
 Limpieza rápida, y 
detallada. 
Fácil mantenimiento. 
 
Facilidad de control 
 
Económico en 
construcción. 
Desventajas 
Gran valor de 
ensuciamiento. 
 
Equipos muy grandes 
y pesados. 
 
Baja transferencia de 
calor.No se pueden utilizar 
a altas temperaturas 
(300 [°𝐹]) y 
presiones (máx. 
300 [𝑝𝑠𝑖𝑎]) 
Muchas fugas. 
 
Poca transferencia de 
calor 
 
A continuación se presenta los esquemas de los intercambiadores anteriormente descritos: 
 
 
Figura 4: Esquema de un intercambiador de calor de tubo y coraza. 
 
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Figura 5: Esquema de un intercambiador de calor de placas. 
 
 
Figura 6: Esquema de un intercambiador de calor de doble tubo. 
 
5. ¿Qué es el Factor de Suciedad en un intercambiador de calor? ¿Qué implica en el 
equipo? ¿y de qué depende este factor? 
 
El factor de suciedad o de incrustación es la medida de la resistencia térmica de una capa de 
sedimentos causada por el tiempo de uso del intercambiador. Al instalarse estos depósitos 
en el área de transferencia de calor, esta es perjudicada debido a que se agrega una 
resistencia, lo que produce una disminución del coeficiente 𝑈. El tipo más común de 
incrustación, es la precipitación de depósitos sólidos. 
La cantidad de incrustación, depende de la temperatura de operación y de la velocidad del 
flujo, además de la duración de cada ciclo. A mayor temperatura y menor velocidad, la 
incrustación es mayor. Las propiedades del fluido también influyen en el factor de 
ensuciamiento [7] 
 
 
 
 
 
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6. Explique en qué consiste un equipo intercambiador de calor con superficie 
ampliada (aletas), ¿Cuándo y para qué se utilizan? e indique como queda el 
coeficiente global de transferencia de calor basado en el área interna con dichos 
ajustes para un intercambiador de calor genérico. 
 
Un intercambiador de calor con superficie ampliada a través de aletas, son utilizados para el 
aumento del calor disipado por convección, debido a que el coeficiente convectivo ℎ de un 
fluido es muy pequeño, resistiéndose al flujo de calor. [8] 
 
El coeficiente global de transferencia 𝑈, cambiaría según una relación de área: 
 
𝑈 = 
1
1
ℎ𝑖𝑛𝑡
+
𝐴𝑖𝑛𝑡
ℎ𝑒𝑥𝑡 ∙ 𝐴𝑒𝑥𝑡
 (3) 
 
Se cumple que, ℎ𝑖𝑛𝑡 ≫ ℎ𝑒𝑥𝑡 y 𝐴𝑖𝑛𝑡 ≪ 𝐴𝑒𝑥𝑡. Por lo que, se realiza aumenta el coeficiente 
global de transferencia de calor al tener un área externa mayor a la interior. 
 
 
Figura 7: Aletas de transferencia de calor rectangular (a) y cilíndrica (b). 
 
Referencias: 
[1] Touceda, F. T.. Estudio del proceso de ebullición forzada de la mezcla amoníaco/agua 
en intercambiadores de placas para equipos de refrigeración por absorción. Capítulo 2. 
Universidat Rovira I Virgiri. Sitio Web: 
http://www.tdx.cat/bitstream/handle/10803/8491/06CAPITULO2INTERCAMBIADORES
DEPLACAS.pdf?sequence=5 
 
http://www.tdx.cat/bitstream/handle/10803/8491/06CAPITULO2INTERCAMBIADORESDEPLACAS.pdf?sequence=5
http://www.tdx.cat/bitstream/handle/10803/8491/06CAPITULO2INTERCAMBIADORESDEPLACAS.pdf?sequence=5
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[2]Sacome. Tubo corrugado en intercambiadores de calor. Sitio Web: 
http://www.sacome.com/corrugated-shell-and-tube-heat-exchanger/. 
 
[3] D. González. (2002). Intercambiadores de Calor: Tipos Generales y Aplicaciones. 
28/05/2017, de Universidad Simón Bolivar Sitio web: 
http://gecousb.com.ve/guias/GECO/Fen%C3%B3menos%20De%20Transporte%202%20(
TF-2241)/Gu%C3%ADas%20(TF-2241)/TF-
2241%20Gu%C3%ADa%20Intercambiadores%20de%20Calor%20Tipos%20y%20Aplicac
iones.pdf 
 
[4] González, M. (s.f.). Intercambiadores de Calor. Universidad Nacional Experimental 
Francisco de Miranda. Sitio Web: 
https://operacionesunitarias1.files.wordpress.com/2011/07/unidad-iv-intercambiadores-de-
calor.pdf 
 
[5] Universitat Politécnica de Catalunya. Intercambiadores de Calor. Sitio Web: 
http://www.epsem.upc.edu/intercanviadorsdecalor/castella/intercanviadors_calor.html 
 
[6] A. Céspedes. (2011). Ventajas y Desventajas de los Tipos de Intercambiadores de 
Calor. 28/05/2017, de Blogspot Sitio web: http://cespedesas09.blogspot.cl/2011/04/la-
informacion-mostrada-continuacion.html 
 
[7] Cengel, Y.A. (2007) Transferencia de Calor y Masa. Intercambiadores de Calor 
(Capítulo 11).Mc Graw-Hill 
 
[8] M. Meza. (2015). Aletas de Transferencia de Calor. 28/05/2017, de Universidad 
Nacional Experimental Sitio web: https://es.slideshare.net/miguelarturomeza/aletas-de-
transferencia-de-calor-52604161 
http://gecousb.com.ve/guias/GECO/Fen%C3%B3menos%20De%20Transporte%202%20(TF-2241)/Gu%C3%ADas%20(TF-2241)/TF-2241%20Gu%C3%ADa%20Intercambiadores%20de%20Calor%20Tipos%20y%20Aplicaciones.pdf
http://gecousb.com.ve/guias/GECO/Fen%C3%B3menos%20De%20Transporte%202%20(TF-2241)/Gu%C3%ADas%20(TF-2241)/TF-2241%20Gu%C3%ADa%20Intercambiadores%20de%20Calor%20Tipos%20y%20Aplicaciones.pdf
http://gecousb.com.ve/guias/GECO/Fen%C3%B3menos%20De%20Transporte%202%20(TF-2241)/Gu%C3%ADas%20(TF-2241)/TF-2241%20Gu%C3%ADa%20Intercambiadores%20de%20Calor%20Tipos%20y%20Aplicaciones.pdf
http://gecousb.com.ve/guias/GECO/Fen%C3%B3menos%20De%20Transporte%202%20(TF-2241)/Gu%C3%ADas%20(TF-2241)/TF-2241%20Gu%C3%ADa%20Intercambiadores%20de%20Calor%20Tipos%20y%20Aplicaciones.pdf
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https://es.slideshare.net/miguelarturomeza/aletas-de-transferencia-de-calor-52604161
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