Intercambiadores de q II

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Unidad IV 
INTERCAMBIADORES DE CALOR DE 
CASCO Y TUBOS
II Parte
Tecnología de la Energía Térmica – 2017
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PROYECTO
�TÉRMICO
�MECÁNICO
�HIDRÁULICO
�INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL
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Proyecto térmico
� Balance de masa y energía
� Carga térmica a transferir
� Cálculo de la DMLT
� Cálculo de los coeficientes individuales de 
transferencia de calor
� Cálculo de coeficiente global de transferencia
� Determinación de factor de ensuciamiento
� Cálculo de la superficie de calefacción
� Selección de tubos (medidas, Número, longitud, 
materiales)
� Determinación de numero de pasos y disposición de 
tubos
� Dimensiones principales
Proyecto mecánico
�Selección de materiales (Códigos/Normas)
�Cálculo de coraza
�Cálculo de placas
�Cálculo de espesor de tubos / método de fijación
�Cálculo de tapas
�Diseño y disposición de deflectores
�Selección de bridas para conexiones
�Cálculo de tensiones por dilatación
�Análisis de fenómenos vibratorios
�Cálculo y selección de dispositivos de seguridad
�Tratamientos térmicos
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Proyecto hidráulico
�Cálculo de diámetro y espesores cañerías
�Selección de cañerías de conexión
�Pérdida de carga lado tubos y lado carcasa
�Análisis de distribución de flujo lado carcasa
�Selección de válvulas.
Proyecto de Instrumentación y control
� Definición de variables a medir y/o controlar
� Selección de instrumentos.
� Tipo de controlador
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DISEÑO
ASIGNACION DE FLUJOS
1. El fluido a mayor presión va en los tubos
2. El fluido más corrosivo va en los tubos
3. Los fluidos más sucios van en los tubos
4. El fluido con menor pérdida de carga va en la 
carcasa
5. El fluido a condensar va en la carcasa
Perfiles de temperaturas
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Transferencia de calor aplicada al diseño de intercambiadores
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COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE 
CALOR
La determinación de este parámetro es parte importante en el análisis de los intercambiadores
Parámetros importantes
• Balance de energía aplicado a cada corriente
• Si el fluido se encuentra cambiando de fase: 
• Balance de energía aplicado a la superficie del intercambiador de 
calor
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( ) ( )
bpeepaii ttAhttAhQ −=−= ..
( )pa
ii
tt
Ah
Q −= ( )bp
ee
tt
Ah
Q −=
ei AA = ( )ba
ei
tt
hhA
Q −=





+ 11
0
0
1
R
U =
( )ba ttAUtAUQ −=∆= 00
0=t
ei
ei
hh
RRR
11
0 +=+=
0〉t ctd RRRR ++= 0
f
d
R
U
U
+
=
0
1
1
0
0
0
11
UU
UU
UU
R
d
d
d
f
−=−=
( )badd ttAUtAUQ −=∆=
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METODO DE LA DIFERENCIA MEDIA DE TEMPERATURA LOGARITMICA
FLUJO PARALELO
FLUJO A CONTRACORRIENTE
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INTERCAMBIADORES MULTIPASOS Ó DE FLUJO CRUZADO
� � �
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FACTOR DE CORRECCION F
Si hay cambio de fase en el casco R→0. Si hay cambio de fase en los tubos R→ ∞
En ambos casos F = 0
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METODO DE LA LMTD 
Con el método de la diferencia media de temperaura logarítmica lo 
que se espera es seleccionar el tamaño del intercambiador de calor 
que satisfaga las condiciones del proceso, El proceso de selección 
está dado por:
• Selección del tipo de intercambiador de acuerdo a la aplicación
• Determinar las temperaturas de entrada y salida, así cómo la 
tasa de transferencia de calor, con el uso de las ecuaciones de 
balance de energía
• Calcular la diferencia media de temperatura logarítmica y el 
factor de corrección (si fuese necesario)
• Obtener el valor del coeficiente global de transferencia de calor 
(U)
• Calcular la superficie de transferencia necesaria (A)
• Seleccionar un intercambiador de calor que satisfaga esta área 
de transferencia
METODO NTU
Utilizado para determinar flujos de transferencia de calor y temperaturas de salida de los fluidos
caliente y frío para caudales másicos y temperaturas de entrada conocidos para un intercambiador 
de calor específico en términos de tamaño y tipo
Qmáx se refiere al calor transferido 
en un intercambiador
de doble tubo a cc, que posea un 
área infinita de intercambio
depende de sus capacidades caloríficas
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1) Cc = Ch 
2) Cc ≠ Ch 
∆��� ∆��
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Coeficientes individuales de transferencia de calor
Petukhov, 1970
Chilton y Colburn
Colburn
Dittus & Boelter, 1930
Sieder & Tate, 1930
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Exigencias:
• resistencia mecánica
• elevada conductividad térmica
Materiales usuales:
•Aleaciones de Cu: 
Latones: Cu + Zn – Ej: 90-10, 70-30, ambas con la 
posibilidad de incluir otros elementos de aleación: Bronce 
Almirantazgo
Hidrurax Special: 15 % Ni, 3 % Al, resto Cu: DIN 2.1504
Marinel: Cu-Ni-Mn-Al-Nb
Metal Monel: 65 a 70 % Ni, 35 a 30 % Cu
Los materiales
Aceros Inoxidables:
El acero está constituido por Fe y C como elemento de aleación (0 a 1,6 %).
Los aceros inoxidables son aleaciones en las que participan elementos como 
Cr y Ni principalmente.
Se clasifican en ferríticos (magnéticos) y austeníticos (no magnéticos)
Autenísticos:
AISI 304 – 304 L: 18%Cr-8 % Ni . Rango de temperaturas -180 a 800°C.
AISI 309 S: 25% Cr, 12 % Ni. Temperaturas de hasta 1100°C.
AISI 316- 316 L: 17 % Cr, 13 % Ni, 2,5 % Mo. Para tuberías y recipientes.
AISI 321: 18-10 idem 304 pero con Ti. Mayor termorresisitencia.
Ferríticos:
AISI 410: 12 % Cr. El más económico de los aceros inoxidables. Elástico.
AISI 446: 27 % Cr, soporta hasta 1100°C. Construcción de hornos.
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Bibliografía:
�Çengel, Junus- Transferencia de Calor y Masa – México - McGraw 
Hill- 2007-
�Kern, Donald - Procesos de Transferencia de Calor –México – CIA 
Editorial Continental – 1997
�Levenspiel, Octave – Flujo de Fluidos –Intercambio de Calor –
Barcelona – Ed. Reverté- 1993-
�McCabe Smith Harriot – Operaciones básicas de Ingeniería Química –
Madrid- McGraw Hill- 1991
�Molanes, C. – Compendio de Vapor y Máquinas Térmicas – ABRN 
Green D, Perry R.
�Perry´s Chemical Engineers Handbook 8th Ed –New York - McGraw 
Hill- 2008.