INTERCAMBIADORES TUBO Y CARCASA: ANÁLISIS TÉRMICO

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1 LUJO E CALOR OPERACIONES UNIARIAS PRO PERO VARGAS UNEM PO ENERGÉICA sponble en: wwwftranspwordpresscom INERCAMBIAORES UBO Y CARCASA: ANÁLISIS ÉRMICO Introduccón Los ntercambadores son equpos de una gran mportanca en cualquer ndustra Su funcón prncpal es la de permtr el ntercambo de energía entre correntes de proceso que se encuentran a dferentes temperaturas, con la ntencón de enfrar una, calentar otra o ambas ependendo de la forma como se de este ntercambo, estos equpos pueden ser dferente naturaleza enemos radadores, evaporadores, ventladores entre otros En este capítulo vamos a ablar específcamente de los ntercambadores de tubo y carcaza por ser los de mayor uso en la ndustra debdo a su versatldad Antes de entrar en el análss y las partes de un ntercambador de tubo y carcaza, debemos analzar en prmer lugar un tpo de ntercambador un poco más sencllo cuyo funconamento ayuda enormemente a entender el funconamento de un tubo y carcaza Este tpo de ntercambador es el que se conoce de doble tubo o tubos concéntrcos (g ), en el cual dos correntes lqudas son puestas en contacto a través de las paredes de una tubería 2 3 Codo Cabezal de retorno Entrada 5 ánulo 6 Salda ánulo gura Intercambador de doble tubo Salda tubo Entrada tubo Uno de los fludos se movlza por la regón anular entre los tubos y el otro va por el nteror del tubo nterno Al encontrarse a dferentes temperaturas, los fludos ntercamban energía lo que se traduce en una varacón de temperatura para ambos (el que entra calente se enfría, y el que entra fro se calenta) Cuánto calor ntercamban los fludos?, a qué temperatura salen?, Qué flujo debe ser manejado para cumplr con certos requermentos? Cuál debe ser el área de transferenca de calor para cumplr con los requermentos? 7 2,3,5,6 Prensa estopa 7 ee Estas son algunas de las preguntas más mportantes que como ngeneros debemos responder a la ora de trabajar en el análss de cualquer tpo de ntercambador de calor Antes de descrbr las leyes báscas que regulan este proceso, es convenente nspecconar que tpo de proceso de transferenca de calor tenen lugar Para ello analcemos lo que sucede entre los dos fludos que se movlzan por dentro y por fuera de una tubería, uno a un valor mayor de temperatura ( ) y otro a un valor más bajo ( c ) (g 2) ludo fro C ludo calente Conveccón externa Conduccón en la pared de la tubería Conveccón nterna gura 2 Etapas de transferenca de calor en un ntercambador de doble tubo Por encontrarse a valores dstntos de temperaturas, los fludos ntercambaran calor entre ellos, lo que ará que el más calente se enfré un poco y el más fro se calente un poco A partr de este momento la ntencón es saber con certeza cuanto se calenta uno y se enfría el otro para certas condcones Etapas de transferenca En caso de que el fludo más calente sea el que va por el nteror de la tubería, el flujo de calor rá desde éste aca la cara nterna de la tubería, de la cara nterna a la externa de la tubería, y por últmo de la cara externa de la tubería al fludo externo Estos tres pasos, consttuyen tres etapas dstntas de transferenca de calor, las cuales se menconan a contnuacón anto el fludo que va por el nteror como el que va por la regón anular entre los tubos, transfere calor con las paredes nterna y externa de la tubería a través del mecansmo de transferenca de calor por conveccón, mentras que el calor R C R B R A c A 0 o ln do /d 2 Lk A Q

2 entre la pared nterna y externa de la tubería se debe al mecansmo de transferenca de calor por conduccón En la fgura 2, se lustran las tres etapas prncpales que tenen lugar y las resstencas térmcas que tenen asocadas cada una de ellas, por lo que la resstenca global a la transferenca de calor de las tres etapas puede ser escrta como sgue: R ln do /d () A 2 Lk A 0 o,,0 Δ =, - c,i Δ 2 =,0 - c,0 C,0 onde: R : Resstenca térmca total [K/Watts] d 0 : ámetro externo de la tubería [m] d : ámetro nterno de la tubería [m] A : Área nterna de transferenca de calor [m 2 ] A 0 : Área externa de transferenca de calor [m 2 ] : Coefcente de transferenca de calor por conveccón en el nteror de la tubería [Watts/m 2 K] 0 : Coefcente de transferenca de calor por conveccón en el exteror de la tubería [Watts/m 2 K] Esta resstenca regula el flujo de calor entre el fludo calente y el frío Como se lustra depende de la geometría de las tuberías (A y A 0 ), y de las propedades de los fludos que se movlzan ( y 0 ) pos de arreglo e acuerdo a la dsposcón relatva del flujo de los fludos, los arreglos pueden ser: en contra y en cocorrente En el arreglo en flujo paralelo o cocorrente, los fludos entran y salen por el msmo lado del ntercambador (g 3) Por esta razón la dferenca de temperatura más mportante se da a la entrada del ntercambador (Δ =, - c,i ) (g ), la cual va dsmnuyendo a lo largo de este asta la salda (Δ 2 =,0 - c,0 ) C, A gura Perfl de temperaturas a lo largo del arreglo en cocorrente,0 c, c,0, gura 5 sposcón de los fludos en el arreglo en contracorrente M Cp <M c Cp c M Cp =M c Cp c M Cp >M c Cp c,,, lm C,0 C,0 A,0,0 C,0,0,0 C, c,, gura 3 sposcón de los fludos en el arreglo en cocorrente c,0 Para el caso en el que los fludos se encuentran en sentdo contraro, el arreglo se le denomna flujo en contracorrente (g 5), en cuyo caso la dferenca de temperatura entre los fludos a lo largo del ntercambador mantene un valor que se modfca a lo largo del ntercambador En un extremo es de Δ =,0 - c, y en el otro extremo Δ 2 =, - c,0 lm C, A A A gura 6 Perfl de temperaturas a lo largo del arreglo en contracorrente e la fgura 6 se observa que dependendo de los valores relatvos de las varables prncpales nvolucradas en la transferenca de calor como los flujos máscos y las capacdades calorífcas, el perfl de temperaturas tanto para el fludo frío como el calente dentro del ntercambador, puede varar consderablemente La velocdad de transferenca de calor a lo largo del equpo dependerá de la dferenca de temperatura entre ambos fludos Sn embargo como vmos en los perfles, este valor está lejos de ser constante, por esta razón el valor de la dferenca de temperatura debe ser un valor promedo La dferenca de temperatura que mejor descrbe el proceso es la que se conoce como dferenca de temperatura meda logarítmca, la cual se defne como: C,

3 2 ml (2) ln( / ) 2 S suponemos que el proceso de transferenca de calor ocurre bajo condcones de transferenca de calor en una sola dreccón (radal) y en estado estaconaro, el valor del flujo de calor quedara expresado como (basado en el concepto de resstencas térmcas): ml Q UAml (3) R onde: ml : ferenca de temperaturas meda logarítmca [K] U: Coefcente global de transferenca de calor [W/m 2 K] A: Área de transferenca de calor [m 2 ] El coefcente global de transferenca por defncón es el nverso de la resstenca térmca total (Ec ) UA () R U (5) do do ln do /d d 2k o La ecuacón 3 es de suma mportanca en el análss del comportamento de ntercambadores de doble tubo y de tubo y carcaza, ya que ndca cuanto calor se puede transmtr dependendo de las característcas geométrcas del ntercambador y de las propedades físcas de los fludos nvolucrados y generalmente nos referremos a ella como la ecuacón de dseño A fn de completar la descrpcón de las relacones matemátcas que regulan la transferenca de calor en el ntercambador, es necesaro nclur los balances de energía del lado del fludo fro y del calente El balance de energía en el fludo calente establece que el calor que entrega para enfrarse será: Q m Cp C m (6) onde: 0 m : lujo másco del fludo calente [kg/s] : Entalpa del fludo calente a la entrada [J/kg] 0 : Entalpa del fludo calente a la salda [J/kg] Cp : Capacdad calorífca del fludo calente [J/kgK] : emperatura de entrada del fludo calente [K] 0 : emperatura de salda del fludo calente [K] e la msma forma para el fludo frío, cuyo calor absorbdo para calentarse queda expresado como: Q c c mc Cp C m (7) c0 c c c0 0 c c 0 c0 c En caso de que el ntercambador de calor este aslado (se despreca el calor dspado al ambente), el calor ceddo por el fludo calente solo puede ser absorbdo por el fludo frío, en cuyo caso Q c Q Q (8) Por lo que las ecuacones 3, 6 y 7, consttuyen las ecuacones báscas que regulan el comportamento del ntercambador de calor de doble tubo A fn de completar la descrpcón, solo tenemos pendentes la estmacón del coefcente global de transferenca de calor, el cual es una contrbucón de las tres etapas de transferenca que tenen lugar etermnacón del coefcente global de transferenca En general exste una dversa gama de correlacones para estmar el coefcente de transferenca de calor por conveccón en ntercambadores de calor tanto para flujo nterno como externo, esta clasfcacón puede estar asocada al rango del número de Reynolds, dreccón del flujo, rango de temperaturas y fludos nvolucrados En esta seccón solo presentaremos alguna de ellas Conveccón nterna La característca de la transferenca nterna en los tubos está determnada por la conveccón nterna en superfces clíndrcas, la cual puede ser determnada en funcón de los sguentes parámetros: Numero de Reynolds Vd Re Velocdad promedo V m A lujo lamnar en el nteror de tubería /3 0 Área de flujo A 2 d /3 /3 d Nu 86Re Pr L (9) s Re 2300, (Propedades evaluadas a la temperatura de bulto del fludo) lujo turbulento en el nteror de tubería d /5 0, Nu 0,023Re Pr (0) k f Re >0000, 0,6<Pr<60 ttus-boeltler 08 n Nu 0023Re Pr () Re 0 L/d >0, 07<Pr<60 n=0, s el fludo se está calentando y n=0,3 s se está enfrando (propedades evaluadas a la temperatura de bulto ) El subíndce s ace referenca a propedades evaluadas a la temperatura de la pared

4 onde: Nu: Numero admensonal de Nusselt [L c /k] Pr: Numero admensonal de Prandtl [µ/ρ/α] Re: Numero admensonal de Reynolds [ρvl c / µ] Lc: Longtud característca [m] onde el factor J, puede ser determnado para el caso de regones anulares de la fgura 3 Conveccón externa (regón anular) La regón anular presenta característcas de flujo dstntas a las del nteror de la tubería, por lo que los parámetros quedan expresados como: Numero de Reynolds Veq Re Velocdad promedo V m A Área de flujo 2 2 A d 0 d d 0 lujo en el nteror de la tubería lujo en la regón anular gura 7 Representacón del flujo nterno y externo a la tubería Los dámetros de las tuberías y de la regón anular son mostrados en la fgura ransferenca de calor ( ) Cuando se desea estmar el número de Reynolds para determnar la caída de presón, se debe determnar el número de Reynolds basado en el sguente dámetro equvalente: Para estmar los coefcentes de transferenca de calor, dversos autores an propuesto que se pueden utlzar las ecuacones 9 para flujo lamnar y 0- para flujo turbulento, con la dferenca que la longtud característca camba de d a eq Sn embargo una solucón más exacta fue propuesta por Seder y ate (ctado por Kern), en la que se estma el coefcente de transferenca en la regón anular medante la sguente expresón: Nu 0 / 3 JH Pr () s

5 Consderacones generales para ntercambador de tubo y carcaza Gran parte del comportamento de los ntercambadores de tubo y carcaza puede ser explcado entendendo como funconan los ntercambadores de doble tubo Sn embargo algunas consderacones adconales deben ser tomadas en cuenta Antes de escrbr las ecuacones que regulan el fenómeno de transferenca de calor en un ntercambador de calor de tubo y carcaza (g 8), se deben establecer unas condcones o suposcones báscas que sustentan los modelos propuestos Suposcones báscas para el modelaje El ntercambador opera en estado estaconaro Pérddas de calor a los alrededores desprecables No ay fuentes de calor dentro del equpo Cp, de cada fludo es constante La velocdad y la temperatura de los fludos a la entrada del ntercambador son unformes U es constante a través del equpo El área de transferenca de calor está dstrbuda unformemente sobre cada fludo Se supone que no ocurre cambo de fase en los fludos nvolucrados En cuanto a la dsposcón de los fludos: En flujo paralelo y en flujo contracorrente: es unforme en una seccón transversal (da) del equpo En equpos con múltples pasos, las condcones anterores aplcan a cada paso dependendo del arreglo de flujo que exsta en cada uno de ellos El flujo másco de cada fludo está dstrbudo unformemente a través del equpo dentro de cada paso No ay estratfcacón, bypass, n derrames de fludo El flujo sempre está caracterzado por una velocdad de bulto promedo en cualquer seccón transversal del equpo La conduccón axal en el fludo y en las paredes del equpo son desprecables Los cambos de energía cnétca y potencal que sufren los fludos son desprecables ludo lado tubos Ecuacón general de dseño Cuando el ntercambador tene varos pasos tanto del lado del tubo como del lado de la coraza, la ml, expermenta una varacón respecto al modelo base presentado para un ntercambador de doble tubo Con la ntencón de contablzar esta varacón, se corrge la ecuacón de dseño del ntercambador utlzada para el caso de doble tubo (Ec 3) con la ntroduccón de un factor : Q UA (2) ml A este método de dseño, se le conoce como Método -LM representa el grado de desvacón de la verdadera dferenca de temperatura promedo de la ml defnda en la ecuacón (2) e esta defncón se desprende que el valor del factor para un ntercambador de doble tubo es etermnacón del factor El factor depende de la dsposcón de los fludos por los tubos y por la carcasa (número de pasos por tubo y carcaza) y a fn de determnar su valor dsponemos de un método gráfco el cual es presentado en las fguras del apéndce, para lo cual se ace necesaro determnar unos parámetros dependentes de la temperatura los cuales son defndos a contnuacón 2 P (3) 2 C C C2 Z () e aora en adelante las temperaturas con subíndces C acen referenca al fludo que va por el lado de la carcasa, y las que poseen el subíndce, al fludo va por el nteror de los tubos Cálculo del coefcente global de transferenca El coefcente global de transferenca de calor para el ntercambador puede escrbrse como (basado en el área de transferenca del exteror del tubo): U (5) do do lndo / d d 2 k o Esta expresón se conoce como el coefcente global de transferenca para el fludo lmpo, y cuando se presenta ensucamento en el nteror o exteror de los tubos, se añaden dos etapas o resstencas adconales de transferenca de calor ludo lado carcaza gura 8 Representacón de un ntercambador de tubo y carcaza U (6) do dors do lndo / d Rso d d 2 k o

6 Algunos de los valores típcos de los coefcentes globales de transferenca de calor son mostrados a contnuacón (abla ): abla : Coefcentes típcos de transferenca global de calor en ntercambadores tubulares ludo calente ludo frío U (W/m 2 K) Agua Agua Amoníaco Agua Gas Agua Gas Gas 0-60 Gas Orgánco lvano Gas Orgánco pesado Orgánco lvano (< 0,5 cp) Gas Orgánco pesado (> cp) Gas Agua Are comprmdo Agua Acete lubrcante 0 30 Orgánco lvano Agua Orgánco medano (0,5 cp) Agua Orgánco pesado Acete lubrcante Vapor Agua Vapor Amoníaco Agua Amoníaco (condensacón) Agua reón-3 (ebullcón) Vapor Gases Vapor Orgáncos lvanos Vapor Orgáncos medanos Vapor Orgáncos pesados Orgáncos lvanos Orgáncos lvanos Orgáncos medanos Orgáncos medanos Orgáncos pesados Orgáncos pesados Orgáncos lvanos Orgáncos pesados Orgáncos pesados Orgáncos lvanos Petróleo Gasóleo Vapor (Evaporador) Agua Vapor (Evaporador) Otros fludos Evaporador de refrgeracón Vapor (Condensador) Agua Vapor (Condensador) Otros fludos Las resstencas de ensucamento son abordadas más adelante Mentras que las etapas de conveccón nterna y externa son mostradas a contnuacón: Conveccón externa (lado carcasa) El flujo por la parte externa de los tubos está determnado por dversos factores, entre los que podemos menconar, espacado y arreglo de los tubos, baffles y número de pasos en la carcasa Basado en estas consderacones, el prmer parámetro que con frecuenca se desea determnar es el número de Reynolds Veq Re onde la velocdad promedo del fludo puede determnarse como: V m A Y el área transversal de flujo a lo largo de la carcasa P e A f Bs P Por su parte, el dámetro equvalente para la transferenca de calor, puede determnarse de acuerdo al tpo de arreglo de los tubos como: 2 2 P A f e eq Arreglo cuadrado PM e 2 P 2 sen(60) 05 e eq 2 Arreglo trangular e 2 onde: : ensdad del fludo [kg/m 3 ] V: Velocdad del fludo por la carcasa [m/s] m : lujo másco del fludo por la carcasa [kg/s] A : Área de flujo del fludo lado carcaza [m 2 ] P : Espacado entre los centros de los tubos, Ptc [m] e : ámetro externo del tubo [m] eq : ámetro equvalente [m] B: Espacado entre Baffles [m] s: ámetro de la carcasa [m] ado el carácter altamente complejo del flujo por el lado de la carcasa, se a construdo correlacones para coefcente de transferenca de calor específcamente para estos casos A contnuacón presentamos una ecuacón para la estmacón del coefcente convectvo lado carcasas con baffles segmentados Nu j H 0 k f eq j H Pr /3 s 2 ln(re) C ln(re) 2 0, exp C C 0>Re >0 6 3 (7) onde: : Vscosdad del fludo a la temperatura del fludo [cp] s : Vscosdad del fludo a la temperatura de la pared [cp] abla 3 Valores de las constante para flujo externo con baffles segmentados

7 % de corte baffle Arreglo trangular y cuadrado Arreglo cuadrado rotado 5 C =0,00966 C 2=0,386 C =0,00966 C 3=-0,268 Re<000 C 2=0,386 C C =-0, C 2=0,620 3=-0,268 C 3=-,75 Re> C =0,00579 C 2=0,5 C =0,00579 C 3=-0,822 Re<000 C 2=0,5 C C =-0,00653 C 2=0,7055 3=-0,822 C 3=-,87 Re> C =0,00638 C 2=0,389 C =0,00638 C 3=-0,5339 Re<500 C 2=0,389 C C =-0,0035 C 2=0,6363 3=-0,5339 C 3=-,5736 Re>500 5 C =0, C 2=0,3 C =0, C 3=-0,57 Re<500 C 2=0,33 C C =-0, C 2=0,6306 3=-0,57 C 3=-,6390 Re>500 Los resultados de la ecuacón 7, tambén pueden ser predcos de manera grafca, a través del uso de la fgura 2 Para el caso en que el flujo externo a los tubos se presente en forma de flujo cruzado en bancos de tubos se puede utlzar la sguente expresón: lujo turbulento nteror de tubería ttus-boeltler 08 n Nu 0023Re Pr (0) Re 0 L/ >0, 07<Pr<60 n=0, s el fludo se está calentando y n=0,3 s se está enfrando (propedades evaluadas a la temperatura de bulto ) Seder ate Nu 0 / 5 / Re Pr () s Re 0, L/d >0, 07<Pr<6700, todas las propedades excepto s se evalúan a f temperatura de la película f =(s+ )/2 El subíndce s ace referenca a propedades evaluadas a la temperatura de la pared de la tubería Nu 0 k f0 e CRe m Pr / 3 onde: Re C M 0,- 0,989 0, ,9 0, ,683 0, ,93 0, ,027 0,805 Conveccón nterna La característca de la transferenca nterna en los tubos está determnada por la conveccón nterna en superfces clíndrcas V Re V m A S ay más de un paso por los tubos N 2 A Área de flujo N A A e P A N N L Área nterna de transferenca de calor N L Área externa de transferenca de calor e Correlacones para flujo nterno lujo lamnar /3 /3 /3 Nu 86Re Pr L (8) s Re 2300, (propedades evaluadas a la temperatura de bulto del fludo) Nu f 0 /5 0, 0,023Re Pr (9) k Re >0000, 0,6<Pr<60 2

8 Ensucamento S se prevé que ocurra ensucamento, es convenente sobredseñar el ntercambador para que este opere de manera convenente durante el mayor tempo posble En general, se procura que la lmpeza del ntercambador concda con la parada de planta programada Exsten tres formas de estmar el sobredseño adecuado: ) medante el factor de ensucamento requerdo, ) el factor de lmpeza y ) el porcentaje de sobredseño del área Método del factor de ensucamento El uso de este método presupone que se conocen los factores de ensucamento esperados para el sstema en estudo, lo cual es, para la mayor parte de los casos, muy dfícl de predecr Sn embargo, s se tenen buenos estmados de los factores de ensucamento, en los casos en que ambas superfces se ensucen, se puede calcular un coefcente global de transferenca de calor, U, que tome en cuenta este efecto Entonces, el factor de ensucamento total R st sería, de presentarse en las dos superfces R st Ao Rs Rso (5) A Queroseno 0, , Gasóleo lvano 0, , Gasóleo pesado 0, ,00088 Solucones de soda caústca 0, Asfalto 0,00088 uel ol nº 2 0, uel ol nº 6 0,00088 Acete de transformadores 0,00076 Lubrcante de máquna 0,00076 Acete para templado 0, Crudos, -30 a 75 º C 0, ,00088 Crudos, 75 a 230 ºC 0, ,00057 abla 5: Coefcentes de ensucamento de agua (m 2 K/W) emperatura del medo Hasta 5 ºC 5 a 205 ºC emperatura del agua Hasta 50 ºC Encma de 50 ºC Velocdad del agua (m/s) 0,9 > 0,9 0,9 > 0,9 Agua de mar 0, , , ,00076 Agua de torre de enframento ratada No tratada 0, , , , , , , , Agua muncpal o de pozo 0, , , , Agua de río 0, , , , Agua lodosa 0, , , , Aguas duras (> 5 granos/gal) 0, , , ,00088 Condensado 0, , , , Agua de caldera tratada 0, , , ,00076 Agua de enframento de caquetas 0, , , ,00076 donde R s y R so se referen a los factores de ensucamento de la superfce nterna y la externa, respectvamente El coefcente calculado en la Ec 5 está referdo al área externa de transferenca de calor A partr de este coefcente, se puede calcular entonces el U so requerdo como U os Rst (6) U ol El U os calculado medante las ecuacones anterores está referdo al área externa A partr de este valor para el coefcente global de transferenca de calor puede calcularse el área de transferenca requerda, por el método del -LM Cabe señalar que es necesaro conocer a pror el porcentaje de sobredseño adecuado para cada aplcacón; el valor típco es de 25 % de sobredseño abla : Coefcentes de ensucamento varos para ntercambadores ludo ndustral R s (m 2 K/W) Sales funddas 0, Refrgerantes 0,00076 ludo dráulco 0,00076 Medo orgánco de transferenca de uso ndustral 0, Amoníaco líqudo 0,00076 Amoníaco líqudo con acete 0, Solucones de cloruro de calco 0, Solucones de cloruro de sodo 0, CO 2 líqudo 0,00076 Cloro líqudo 0, Solucones de metanol 0, Solucones de etanol 0, Solucones de etlénglcol 0, Acetes vegetales 0, Gasolna natural y gases petroleros lcuados 0, , Naftas líqudas 0,00076

9 mensones de los tubos Las dmensones de los tubos que se utlzan en ntercambadores de tpo tubo y carcaza tenes valores estándar, los cuales son abarcados en las normas ANSI y BWG, algunos de los cuales son mostrados a contnuacón abla 6: Especfcacones para tubos de acero comercal según norma BWG e e BWG BWG (pulg) pulg pulg pulg / 22 0,9 / 7 0, , , ,2 0 0,982 3/8 8 0,277, ,305 2, ,39 3, ,33,08 /2 6 0,370 6,20 8,02 8, ,30 20, , 0,232 5/8 2 0,07 2, ,35,33 0,59 6, ,8 2, ,95 3,80 7 0,509 2 /2 9 2,20 8 0, ,5 20 0,555 3/ 0 0,82 0,50 2 0, ,560 0,58 5 0, , ,63 8 0, ,682 7/8 0 0,607 0, , ,685 0, ,75 8 0, , , ,732 0, , ,80 0,83 5 0, , , ,930 abla 7: Especfcacones para tubos de acero comercal según norma ANSI Nom e Cédula pulg pulg pulg 3/,05 0 0, ,72,35 0, ,957 /,660 0,38 80,278 /2,900 0,6 80,50 2 2, ,067 80,939 2 /2 2, , , ,5 0 3, ,900 3 /2,0 0 3, ,36,5 0, , ,536 0 S 5, ,07 80,83 6 6,625 0 S 6, , ,76 8 8,625 0 S 8, , , ,75 0 S 0, ,92 XX 9, ,75 0 S 2, ,09 XX,75,0 0 3,5 Estándar 3,25 XX 3,00 6 6,0 0 5,50 Estándar 5,25 XX 5,00 8 8,0 0 S 7,62 Estándar 7,25 XX 7,00

10 Conteo de tubos abla 8: Confguracones comercales de carcasa y tubos, pase por carcasa, n pases de tubos (conteo de tubos) Carcasa I pulg -P 2-P -P 6-P 8-P ubos de ¾ pulg, ptc de pulg y arreglo trangular / / / / / / ubos de pulg, ptc de ¼ pulg y arreglo trangular / / / / / / ubos de ¾ pulg, ptc de pulg y arreglo cuadrado / / / / / / abla 9: Confguracones comercales de carcasa y tubos, pase por carcasa, n pases de tubos (conteo de tubos) Carcasa pulg -P 2-P -P 6-P 8-P ubos de pulg, ptc de ¼ pulg y arreglo cuadrado ¼ ¼ ¼ ¼ ¼ ¼ ubos de 3/ pulg, ptc de 5/6 pulg y arreglo trangular / / / / / / ubos de ¼ pulg, ptc de 9/6 pulg y arreglo cuadrado / / / / / /

11 abla 0: Confguracones comercales de carcasa y tubos, pase por carcasa, n pases de tubos (conteo de tubos) Carcasa I pulg -P 2-P -P 6-P 8-P ubos de ½ pulg, ptc de 7/8 pulg y arreglo cadrado / / / / / / ubos de ½ pulg, ptc de 7/8 pulg y arreglo trangular / / / / / / ubos de ¼ pulg, ptc de 9/6 pulg y arreglo trangular / / / / / / Bblografía Recomendada Holman J, ransferenca de calor écma rempresón Compañía edtoral contnental Geankopols C, Procesos de transporte y operacones untaras ercera edcón Compañía edtoral contnental González, Guía de Intercambadores de calor: pos generales y Aplcacones Unversdad Smón Bolívar 2002 Incropera y e Wtt, undamentos de ransferenca de calor Cuarta edcón Prentce Hall Kern, Procesos de transferenca de calor rgésma prmera rempresón Compañía edtoral contnental

12 actor J Calentamento y enframento At: Área de flujo a través de los tubos [m 2 ] Cp: Calor especfco del fludo [J/kgK] : ámetro nteror de los tubos [m] G: lujo másco por undad de área [Kg/m 2 s] : Coefcente de transferenca por conveccón [W/m 2 K] k: Conductvdad térmca [W/mK] L: Longtud de los tubos [m] m: lujo másco del fludo [kg/s] µ: Vscosdad del fludo a la temperatura del fludo [Pas] µ S : Vscosdad del fludo a la temperatura de la pared del tubo [Pas] 0 00E+0 00E+02 00E+03 00E+0 00E+05 00E+06 Reynolds gura 3 Coefcente J H de transferenca de calor del lado de los tubos (Seder y tate, tomado del Kern)

13 Localzacón de los fludos ependendo de las dferentes condcones de operacón de los fludos, exsten varos crteros que nos pueden ayudar a selecconar por dónde van los fludos nvolucrados, s por los tubos o s por la coraza (tabla ) abla Crteros generales para la seleccón del fludo por los tubos o por la carcasa Vscosdad: ludos tóxcos y/o letales: lujo volumétrco: Corrosón: Ensucamento: emperatura y presón: Caída de presón: Por lo general se Se deben pasar por Usualmente, para S se coloca el Colocando el fludo con mayor Cuando se trabaja a Para una msma obtenen los tubos y emplear que el dseño fludo corrosvo factor de ensucamento por los altas temperaturas caída de presón, mayores flujos de una doble placa de resulte más por los tubos, se tubos, se mnmza la lmpeza del o presones, se se obtenen calor cuando se ace pasar el tubos para evtar posbles fugas o económco, se debe pasar el fludo de requere menor cantdad de equpo Además, ncrementando la velocdad del fludo tende a requere de materales coefcentes de transferenca de fludo más derrames menor flujo materales reducrse el ensucamento S se especales, por lo calor mayores del vscoso por la coraza volumétrco por la coraza Esto se debe a que en la coraza se alcanza un grado especales a la ora de construr el equpo, lo que lo ace muco tene acceso a los tubos y éstos son rectos, pueden lmparse por medos mecáncos sn problema Sn embargo, por la parte externa tanto, s el fludo con alguna de estas característcas se ace pasar por los lado de los tubos que del lado de la carcasa Por lo tanto, se de turbulenca más económco de los tubos, del lado de la tubos, se mnmza recomenda mayor a números coraza, por lo general se el uso de estos colocar por los de Reynolds más requeren métodos químcos, en materales, con la tubos el fludo que pequeños que especal, s el arreglo es consecuente tenga una menor dentro de los tubos trangular o los tubos están aleteados externamente dsmnucón de costos del equpo caída de presón permtda SE RECOMIENA POR LOS UBOS ludos corrosvos o un fludo propenso al depósto de coque, sedmentos y otros sóldos, Agua de enframento, ludos con alto factor de ensucamento y el menos vscoso de los dos fludos ludo a mayor presón Para presones extremadamente altas, 6900 kpa (000 ps) manométrcas, para que el dseño sea económco, esta característca debería colocarse de prmera en esta lsta El fludo más calente El líqudo de menor volumen EXCEPCIONES a) Los vapores condensables se pasan, por lo general, a través de la carcasa b) El vapor de agua se pasa, usualmente, por los tubos c) S la varacón de temperatura de un fludo es muy grande ( ) y se requere de un equpo con más de un paso de tubos, entonces este fludo es pasado, usualmente por la carcasa Esto mnmza los problemas por efectos de expansón térmca

14 0 actor j en uncon del Reynolds para ntercambadores con Baffles 0 3 Coefcente j rang y cuad 5 % rang y cuad 25 % rang y cuad 35 % rang y cuad 5 % Rotado 5 % Rotado 25 % Rotado 35 % Rotado 5 % Numero de Reynolds gura 6 etermnacon del Coefcente de transferenca de calor para ntercambadores de calor con Baffles segmentados con porcentajes de corte entre 5 y 5 % (Basado en Valores de abla 2)

15 R S gura actor de correccón LM para ntercambadores -2 ( paso por la coraza 2 o más múltplos de 2 pasos por los tubos) R S gura 2 actor de correccón LM para ntercambadores 2- (2 pasos por la coraza, o más múltplos de pasos por los tubos)

16 R S gura 3 actor de correccón LM para ntercambadores 3-6 (3 pasos por la coraza, 6 o más múltplos de 6 pasos por los tubos) R S gura actor de correccón LM para ntercambadores -8 ( pasos por la coraza, 8 o más múltplos de 8 pasos por los tubos)

17 R S gura 5 actor de correccón LM para ntercambadores 5-0 (5 pasos por la coraza, 0 o más múltplos de 0 pasos por los tubos) R S gura 6 actor de correccón LM para ntercambadores 6-2 (6 pasos por la coraza, 2 o más múltplos de 2 pasos por los tubos)