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REPÚBLICABOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR
PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO”
EXTENSIÓN COL-CABIMAS
Especialidad:
Ingeniería Industrial
PARTICIPANTES:
Artiles José (45) CI: 24.486.427
Antúnez Omar (45) CI:23.881.850
Ferrer Génesis (45) CI: 23.467.569
Perdomo Joanne (45) CI: 24.432.343
CABIMAS OCTUBRE 2016.
INTRODUCCION.
El propósito de un intercambiador de calor es transmitir el calor de un
fluido a otro. El intercambiador de calor es el componente esencial de muchos
de los artefactos que usamos a diario.
En nuestra formación como ingenieros existen procesos y fenómenos
básicos que debemos estudiar, la transferencia de calor es uno de ellos, ya que
se encuentra presente en todos los procesos industriales. La transmisión de
calor es necesaria en los procesos industriales, actuales mediante esta
transmisión se consiguen ahorros de costos energéticos y máximo
aprovechamiento de la energía ya disponible en el sistema. Los fluidos, por
tanto, se calientan o se refrigeran para seguir siendo aprovechados dentro del
proceso industrial mediante el método de los intercambiadores , los
intercambiadores de calor son de vital importancia y ellos tienen diferentes
variables y nombres, Además
los intercambiadores de calor cumplen diversas tareas dentro de la industria
desde congelar hasta evaporar fluidos, y cada una de estas necesidades
requiere de un intercambiador de calor hecho a medida para cumplir de la
manera más eficiente y rentable posible.
INDICE.
Introducción
Uso de los intercambiadores de calor en la industria.
Tipos de intercambiadores de calor.
Terminología usada para describir las variables y cálculos en los
intercambiadores de calor.
Clasificación de los intercambiadores de calor según su funcionamiento,
construcción, y utilidad.
Calculo de coeficiente total de transferencia de calor en los
intercambiadores de calor.
Tipos de restricciones según los factores que afectan la funcionalidad
de los intercambiadores de calor.
Procedimientos de los cálculos de las variables, utilizando el Método de
la Temperatura Media logarítmica para los intercambiadores de calor.
Ejemplos.
Procedimientos de los cálculos de las variables, utilizando el método del
Número de Unidades Térmicas para los intercambiadores de calor.
Ejemplos.
Calculo de la Eficiencia utilizando las diferentes condiciones de trabajo
para los intercambiadores de calor.
Aplicación y procedimientos del Mantenimiento Preventivo y Correctivo
de los intercambiadores de calor, tomando en cuenta la precaución de la
seguridad industrial.
Bibliografías
Conclusión
Uso de los intercambiadores de calor en la industria.
Son diversos los usos que se le pueden acreditar a cada uno de los
tipos de intercambiadores existentes, pero en general, los intercambiadores
son usados para recuperar calor entre dos corrientes en un proceso.
Los intercambiadores de calor son ampliamente utilizados en la industria
alimentaria, para calentamiento y enfriamiento de productos, en sistemas de
esterilización, pasteurización, desactivación enzimática, entre otros. También
son utilizados en estas industrias para procesos auxiliares de calentamientos
de agua, generación de vapor, recuperadores, enfriadores de fluidos entre
otros.
Tipos de intercambiadores de calor.
o intercambiadores de coraza y tubo
o intercambiadores de calor de tubo en U
o Intercambiador de anillo de cierre hidráulico
o Intercambiador de cabezal flotante removible
o Intercambiador de doble tubo
o Intercambiadores de placa y armazon
o Intercambiador de calor de espejo fijo
o Intercambiador del tipo de placa
o Intercambiador de placa en espical
o Intercambiador de calor de aleta y placa con soldadura fuerte
o Intercambiadores de bloque de grafito
o Intercambiador tubular tipo bayoneta
o Intercambiadores de película descendiente
o Intercambiadores de calor de teflón
o Intercambiadores de superficie raspada
o Intercambiadores de calor de enfriamiento por aire
o Intercambiares de calor para sólidos
Terminología usada para describir las variables y cálculos en los intercambiadores de calor.
El diseño mecánico de recipientes a presión, como el de la gran mayoría
de los equipos para procesos industriales, se encuentran regidos por diferentes
normas y códigos. Para el caso de los cambiadores de calor tubo y coraza, que
es el tema del que nos ocuparemos, el código más empleado es el ASME
Boiler and Pressure Vessels Code (Código para Calderas y Recipientes a
Presión de la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos).
La nomenclatura utilizada por “TEMA”, adopta tres literales que representan: La
primera, el tipo de cabezal de distribución o entrada, la segunda, el tipo de
coraza y la tercera, el tipo de cabezal de retorno. Ver Fig. I.1. Así por ejemplo,
un cambiador de calor del tipo “AES”, estará constituido por un cabezal de
distribución “A”, una coraza “E” y un cabezal de retorno “S”. El tamaño de un
cambiador de calor se indica por dos números: el primero representa el
diámetro interior de la coraza y el segundo la longitud recta de los tubos de
transferencia
Variables Manipuladas: la variable que se modifica o manipula para provocar
un cambio sobre la variable controlada. Ejemplos: Posición de una válvula,
Velocidad de un motor, Accionamiento de un interruptor esto hace que se
pueda desempeñar de una manera adecuada y dentro de los parámetros
adecuados
Variables Controladas: Se denominan los parámetros adecuados que indican
la calidad del producto o las condiciones de operación del buen tales como:
Presión, Temperatura, Nivel, Caudal, Velocidad, Humedad, Posición, entre
otros
El Problema del Control
Vinculo que existe entre las variables controladas, manipuladas y de
cargas definen la necesidad existente en un control de proceso. La variable
manipulada y las distintas variables de carga pueden incrementar o disminuir la
variable controlada según el diseño del proceso.
En el caso del intercambiador de calor los aumentos de la apertura de la
válvula de vapor, la temperatura de entrada y la temperatura ambiente, tienden
a elevar la temperatura del producto (agua de salida), mientras ésta baja por
aumentos de caudal y ensuciamiento del intercambiador. La temperatura de
salida corresponde al efecto neto de estas influencias. Si las influencias
positivas son mayores que las negativas, la temperatura se aumenta . Si se da
el caso contrario, la temperatura disminuye
Sistemas de Control Feed Back
el valor de la variable controlada corresponde al efecto neto de las
cargas y a la variable manipulada. Un sensor , transmisor mide el valor actual
de la variable controlada y envía una señal al controlador feed back donde la
señal es parecida con un valor de referencia. La función de control en un
controlador genera una señal de salida que posiciona una válvula en base al
signo y magnitud de la diferencia entre los valores de medición y de referencia
o ajuste.
Sistemas de Control Feed Forward:
El control feed back es reactivo por naturaleza, y responde al efecto de
una perturbación, los esquemas feed forward coresponde directamente a las
perturbaciones y, por lo tanto de esta manera , ofrecen un control mejorado y
optimizado
Los transmisores calculan los valores de las variables de carga, y una
unidad de cálculo envía la señal correcta de control para el valor de referencia
que indica y las condiciones de carga existentes, para que los cambios de las
variables de carga provocan un cambio directo de la señal de control sin
esperar que se cambien la variable controlada. Por lo común esta técnica es
más complicada y más costosa. Se tiene que tener una mayor comprensión del
proceso. Así que , el control feed forward esta reservado para aplicaciones
difíciles y críticas. para poder optimizar su trabajo
Clasificación de los intercambiadores de calor según su funcionamiento, construcción, y utilidad.
La función general de un intercambiador de calor es transferir calor de
un fluido a otro. Los componentes básicos de los intercambiadores se puede
ver como un tubo por donde un flujo de fluido está pasando mientras que otro
fluido fluye alrededor de dicho tubo. Existen por tanto tres intercambios de calor
que necesitan ser descritos:
1 Transferencia de calor conectiva del fluido hacia la pared interna del tubo 8
2 Transferencia de calor conductiva a través de la pared del tubo
3 Transferencia de calor conectiva desde la pared externa del tubo hacia el
fluido exterior. Para desarrollar la metodología para el análisis y diseño de un
intercambiador de calor, atendemos primero el problema de la transferencia de
calor del fluido interno en el tubo hacia el fluido externo en la carcaza.
Evaporadores (concentran soluciones mediante la evaporación de agua).
Calentadores (calientan una corriente de proceso) Enfriadores (enfrían una
corriente de proceso con agua o aire). Intercambiadores (enfrían y calientan
dos corrientes de proceso) . Refrigeradores
(Enfrían una corriente de proceso con un líquido refrigerante a fin de obtener
temperaturas menores que las que se obtendrían con un enfriador)
Condensadores (condensan una corriente de proceso) Rehervidores (vaporiza
una corriente de proceso) Sobre calentadores (calientan un vapor por encima
de condiciones de saturación) Calderas (generan vapor)
Según su construcción:
Los intercambiadores de calor se presentan en una inimaginable
variedad de formas y tamaños, la construcción de los intercambiadores está
incluida en alguna de las dos siguientes categorías: carcaza y tubo o plato.
Como en cualquier dispositivo mecánico, cada uno de estos presenta ventajas
o desventajas en su aplicación
Según su utilidad:
Hay numerosas razones para usar un intercambiador de calor, entre las
cuales se resaltan:
o Calentar un fluido frío por medio de otro con mayor temperatura.
o Disminuir la temperatura de un fluido mediante un fluido con menor
temperatura.
o Llevar al punto de ebullición un fluido mediante otro con mayor
temperatura.
o Condensar un fluido en estado gaseoso por medio de otro frío.
o Llevar al punto de ebullición un fluido mientras se condensa otro
gaseoso con mayor temperatura.
Calculo de coeficiente total de transferencia de calor en los intercambiadores de calor.
Un intercambiador de calor está relacionado con dos fluidos que fluyen
separados por una pared sólida. En primer lugar, el calor se transfiere del fluido
caliente hacia la pared por convección, después a través de la pared por
conducción y, por último, de la pared hacia el fluido frío de nuevo por
convección. Cualesquiera efectos de la radiación suelen incluirse en los
coeficientes de transferencia de calor por convección. La red de resistencias
térmicas asociada con este proceso de transferencia de calor comprende dos
resistencias por convección y una por conducción En este caso, los subíndices
i y o representan las superficies interior y exterior del tubo interior. Para un
intercambiador de calor de doble tubo, la resistencia térmica de la pared del
tubo es .
Tipos de restricciones según los factores que afectan la funcionalidad de los intercambiadores de calor.
Intercambiadores de calor de tubos y placas–aleta es muy utilizada en
intercambiadores de calor compactos. Entre las ventajas de este diseño de
intercambiadores está la alta relación entre áreas externa e interna, que los
hace uno de los diseños de intercambiador preferidos cuando uno de los fluidos
es un líquido y el otro es un gas.
Uno de los factores que más limitan la transferencia de calor en esta
clase de equipos es la resistencia para transferir calor en el lado externo del
intercambiador. Las placas que se adhieren a los tubos actúan como
superficies extendidas por lo que la resistencia externa de esta superficie está
constituida por dos efectos: (i) la convección de calor entre el fluido externo y la
superficie de la placa y (ii) la conducción de calor al interior de las placas. Con
el fin de realizar un análisis más completo del proceso de transferencia de calor
en el lado externo del intercambiador se debe considerar el problema
conjugado. Cuando se añade una superficie extendida a los tubos del
intercambiador, la parte de la aleta que se encuentra alejada del tubo pierde su
capacidad para transferir calor debido a que el gradiente de temperatura entre
la superficie de la aleta y el fluido que circula por encima de la superficie se ve
disminuido considerablemente.
Procedimientos de los cálculos de las variables, utilizando el Método de la Temperatura Media logarítmica para los intercambiadores de calor. Ejemplos.
La diferencia de temperaturas en cada punto del intercambiador
constituye la fuerza impulsora mediante la cual se transfiere el calor. En el
intercambiador los fluidos pueden viajar en contracorriente, paralelo, flujo
cruzado o una combinación de ellas, experimentado variaciones de
temperatura que no son lineales a lo largo de su recorrido en el intercambiador.
Así, la diferencia de temperatura entre los fluidos diferirá punto a punto en el
intercambiador. Mediante un balance diferencial de energía en un punto del
intercambiador; se llega a la conclusión de que el promedio logarítmico de la
diferencia de temperaturas de los extremos del intercambiador representa la
verdadera fuerza impulsora de un intercambiador en contracorriente o en
paralelo, siendo a su vez estas medias logarítmicas para cada tipo de flujo,
diferentes.
.
Procedimientos de los cálculos de las variables, utilizando el método del Número de Unidades Térmicas para los intercambiadores de calor. Ejemplos.
El parámetro P en el método del factor de corrección de la diferencia de
temperatura media logarítmica requiere de tres temperaturas para su cálculo.
La temperatura de entrada tanto del flujo caliente como del flujo frío se obtiene
mas frecuentemente, pero cuando la de salida del lado frío no se conoce, se
tiene que tener o depender de un método de ensayo y error para determinar
P . este método de ensayo y error se puede evitar en el método − Ntu lo que ha
permitido a este último procedimiento generar la popularidad gracias a su
aplicación en diseño asistido por computadora. Kays y London en 1984
denotando que las ecuaciones que describen un intercambiador de calor se
pueden escribir o describir de manera adimensional que resultan ser
adecuadamente en tres grupos adimensionales.
Relación de la razón de capacidad C* = (Cmin) / (Cmax) , (0 ≤ C* ≤ 1)
Es de suma importancia saber que esta relación difiere de la relación R
(Razón de capacidad térmica). Usada en la determinación del factor de
corrección de la diferencia de temperatura media logarítmica.
Calculo de la Eficiencia utilizando las diferentes condiciones de trabajo para los intercambiadores de calor.
Aplicación y procedimientos del Mantenimiento Preventivo y Correctivo de los intercambiadores de calor, tomando en cuenta la precaución de la seguridad industrial.
Los intercambiadores de calor no siempre vienen acompañados de los
síntomas obvios, como fugas o mezcla de canales. Algunos problemas son
menores pero progresivos, lo que ocasiona mayor consumo de energía y
variabilidad de rendimiento. La suciedad, los depósitos, el sarro y otros tipos de
contaminación perjudican a los intercambiadores de calor de placas, ya que les
restan eficiencia y, además, pueden dañar equipos costosos y causar tiempos
de inactividad no programados para realizar las reparaciones.
Los datos de procesos del intercambiador de calor no se pueden estimar
en el análisis y la solución de problemas de rendimiento. Los datos
relacionados con la presión, la velocidad de flujo y la temperatura de las
entradas y salidas de los canales pueden indicar problemas con el flujo de
entrada o salida. Vale la pena gastar en los costos de instalación relacionados
con la instrumentación, en especial, de los intercambiadores esenciales para
los procesos que asisten a los operadores de señales cuando el proceso está
por tornarse incontrolable.
Si las medidas y las inspecciones indican que está garantizada la
limpieza y el cambio de juntas, se pueden prevenir daños a las placas costosas
con solo hacer bien las cosas. El daño de las placas conduce a fugas,
funcionamiento defectuoso y menor vida útil del equipo
Procedimientos operativos estándar de los intercambiadores de calorLos principios operativos estándar son de vital importancia para evitar
daños a la unidad:
1. En aplicaciones con vapor, nunca deje el vapor encendido con el lado del
líquido apagado. El vapor de debe apagar primero y encender último.
2. En caso de sospecha de golpe de ariete, se debe diagnosticar y eliminar el
problema, de lo contrario es posible que se ocasionen daños.
3. Siempre se deben encender las bombas con las válvulas cerradas.
4. Las válvulas deben estar configuradas para abrirse y cerrarse gradualmente.
Si abre y cierra las válvulas de manera repentina, el intercambiador sufrirá un
choque térmico y mecánico, que puede ocasionar la fatiga de los materiales.
El arranque y la parada de los equipos se deben realizar de modo que se
minimice la expansión diferencial. Signa los pasos indicados de arranque y
parada en orden.
BIBLIOGRAFIAS
http://es.slideshare.net/albertolagoszambrano/intercambiadores-de-calor-
23038430
http://www.ptq.pemex.com/RM/Adqleypemex/Lists/Convocatoria
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http://www.epsem.upc.edu/intercanviadorsdecalor/castella/
intercanviadors_calor.html
HOLLMAN, J. P. “TRANSFERENCIA DE CALOR”. Editorial Mc GRAW HILL.
8° Edic
CONCLUSION.
Para comenzar concluimos en conjunto que la experiencia realizada fue
muy enriquecedora ya que la mayoría estamos cursando el ramo transferencia
de calor, y entender los conceptos y ejercicios nos resulta mucho más fácil
transferencia de calor en una unidad fundamental como lo es el intercambiador
de calor Los intercambiadores de calor son equipos utilizados esencialmente
para el intercambio de calor entre dos fluidos a diferentes temperaturas para el
análisis y entendimiento de cada uno de los tipos de intercambiadores es
necesario, identificar cada uno de ellos de acuerdo a su operación, fabricación
y superficie el intercambio de calor en los diferentes tipos de intercambiadores,
utilizan esencialmente principios básicos de intercambio de calor como la
convección y conducción.
El diseño térmico de los intercambiadores es un área en donde tienen
numerosas aplicaciones los principios de transferencia de calor. El diseño real
de un intercambiador de calor es un problema mucho más complicado que el
análisis de la transferencia de calor porque en la selección del diseño final
juegan un papel muy importante los costos, el peso, el tamaño y las
condiciones económicas. Así por ejemplo, aunque las consideraciones de
costos son muy importantes en instalaciones grandes, tales como plantas de
fuerza y plantas de proceso químico las consideraciones de peso y de tamaño
constituyen el factor predominante en la selección del diseño en el caso de
aplicaciones especiales
