By UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO INGENIERÍA INDUSTRIAL TERMODINÁMICA II Integrantes: Juan Gunsha Jorge Segovia Tema: Intercambiador de Calor de Coraza 0 SEMESTRE: p Cuarto PROFESORA: Dra. Nelly Luna NDICE DE CONTENIDOS 1. INTRODUCCIÓN 1 2. OBJETIVOS 1 2. 1 . OBJETIVO GENERALI 2. 2. OBJETIVOS ESPECIFICOS 1 3. FUNDAMENTO TEÓRIC02 3. 1 . INTERCAMBIADOR DE CALOR 2 Tubos 3. 2. CLASIFICACION DE LOS INTERCAMBIADORES 3 3. 3. INTERCAMBIADOR DE CALOR DE CORAZA Y TUBOS4 3. 4. TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CORAZA4 con los fluidos, uno Interior y otro exterior.
Con el fin de incrementar el área para la convección relativa l volumen del fluido, es común diseñar intercambiadores con múltiples tubos dentro de un simple intercambiador. Con múltiples tubos es posible arreglar el flujo de manera que una región estará en paralelo y otra región en contracorriente. A través de este proyecto se pretende dar una guía introductoria a los estudiantes sobre el vasto campo de los intercambiadores de calor. de coraza y tubos. 2. OBJETIVOS 2. 1.
OBJETIVO GENERAL Analizar, diseñar y construir un Intercambiador de calor de coraza y tubos 2. 2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Identificar el tipo de material para realizar el intercambiador de calor. Diseñar y analizar la factibilidad mediante herramientas de dibujo asistido por computador. Calcular las ecuaciones respectivas de termodinámica. Realizar pruebas para conocer los resultados respectivos 3. FUNDAMENTO TEÓRICO Previo al diseño y a la construcción del intercambiador de calor es necesario revisar los fundamentos teóricos del intercambio de calor.
El flujo de fluidos a través de tubos en especial con área transversal circular ha tenido una aplicación muy importante en el área de ingeniería. La aplicación más importante es el intercambio de calor, la cual se ha estudiado en gran detalle por sus usos y eneficios. Dentro de la industria quimica los intercambiadores de calor han tomado diferentes nombres de acuerdo a su aplicación y se les ha divid ategorías. La primera aplicación de de acuerdo a su aplicación y se les ha dividido en cinco categorizas.
La primera aplicación del intercambiador es como calentador y se utiliza para calentar fluidos en un proceso. Por lo general se utiliza vapor como medio de calentamiento. La segunda es como enfriador y al contrario del calentador se utiliza para enfriar fluidos. Los fluidos enfriados no cambian de fase en esta clase de intercambiadores, solo se reduce su temperatura. El fluido más común para enfriar es el agua. La tercera aplicación es como condensadores que se diferencian de los enfriadores ya que en los condensadores existe un cambio de fase de gas a líquido. . 1. INTERCAMBIADOR DE CALOR Un intercambiador de calor es un dispositivo destinado a transferir energía térmica entre dos o más fluidos, a través de una superficie sólida o mediante el contacto directo de los fluidos, sin la utilización de calor o trabajo externo. Para los intercambiadores de calor generalmente se asume: Flujo estable en estado estable. Externamente adiabático (no existe transferencia de calor entre el ntercambiador y el ambiente). Energía potencial es insignificante en relación con otras energías. . 2. CLASIFICACION DE LOS INTERCAMBIADORES Existen muchas clasificaciones para los intercambiadores de calor, las cuales se toman en cuenta dependiendo del punto de vista como se estén estudiando, pueden clasifica de acuerdo al proceso de transferencia de calor que usan, a su construcción, a las características del flujo, a su densidad de su superficie, a la funcion, y al m 30F construcción, a las características del flujo, a su densidad de su superficie, a la función, y al mecanismo de transferencia de calor, ntre otras.
Clasificación De acuerdo al tipo de flujo: Distribución de flujo en paralelo: los fluidos caliente y frio, entran por el mismo extremo del intercambiador, fluyen a través de él en la misma dirección y salen por el otro extremo. Distribución en contracorriente: los fluidos caliente y frío entran por los extremos opuestos del intercambiador y fluyen en direcciones opuestas. Cl Distribución en flujo cruzado de un solo paso: un fluido se desplaza dentro del intercambiador perpendicularmente a la trayectoria del otro fluido.
Distribución en flujo cruzado de paso múltiple: un fluido se esplaza transversalmente en forma alternativa con respecto a la otra corriente de fluido. 3. 3. INTERCAMBIADOR DE CALOR DE CORAZA Y TUBOS Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos están compuestos por tubos cilíndricos, montados dentro de una carcasa también cilíndrica, con el eje de los tubos paralelos al eje de la carcasa. Un fluido circula por dentro de los tubos, y el otro por el exterior (fluido del lado de la carcasa).
Son el tipo de intercambiadores de calor más usado en la industria. 3. 4. CLASIFICACION DE LOS INTERCAMBIADORES DE CORAZA Y TUBO Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos se clasifican n tres tipos de acuerdo a los estándares generales que contienen información sobre diseño, fabricación y materiales de construcción del equi generales que contienen información sobre diseño, fabricación y materiales de construcción del equipo. – Clase R para petróleo y aplicaciones relacionadas 2- Clase C para aplicaciones de propósitos generales 3- Clase B servicios químicos Independientemente del tipo, los intercambiadores de acuerdo a su construcción mecánica, pueden ser De cabezal fijo Tubos en forma de IJ De cabezal flotante 3. 5. PARTES DE UN INTERCAMBIADOR Los componentes básicos de este intercambiador son: El haz de ubos (o banco de tubos), carcasa, cabezal fijo, cabezal removible (o trasero), deflectores, y la placa tubular. Cabezal Fijo. Tienen dos placas de tubos soldadas a la carcaza, el interior de los tubos se puede limpiar mecánicamente después de remover la tapa del canal. El banco de tubos no se puede extraer y su limpieza exterior se debe realizar químicamente. Se utiliza para fluidos limpios en la carcaza. Tubos de cobre. – Se caracteriza por tener solo una placa de tubos paralelos, que tienen la particularidad de disponerse en un haz en la carcaza lo Brinda un área máxima de transferencia de calor por tamaño dado de carcasa y tubos.
Los bancos de tubos se pueden remover para limpieza mecánica, pero el interior de estos se limpia en general químicamente. Cabezal flotante. – Se caracteriza por tener una hoja de tubos fijas, mientras que la otra flota libremente permitiendo el movimiento diferencial entre la carcaza y los tubos, se puede extraer todo el haz de tubos para la limpieza Cabezales fijos, tipos y aplicaciones Tipo extraer todo el haz de tubos para la limpieza. Tipo A: Es un barril cilíndrico o canal con bridas en ambos extremos, uno de los cuáles permite el acceso al canal y el otro se sujeta con pernos a la hoja de tubos fija.
Tipo B: Consiste en un barril cilíndrico con un bonete soldado en un extremo y una brida en otro, sujeta con pernos a al espejo de tubos. Ambos se usan con placa de tubo fija, tubos en forma de U y bancos de tubo removible Tipo C: Una brida se sujeta con pernos y permite el acceso al canal y el otro extremo esta soldado a la hoja de tubos. Presenta problemas de mantenimiento. Tipo D: Es utilizado especialmente para altas presiones. El canal y la placa de tubo tienen construcción forjada integral Tipos y características de las carcazas Tipo E(l paso): Es la construcción mas usada en intercambiadores de carcaza y tubo
Tipo pasos): Esta construcción requiere del uso de deflectores longitudinales. Las boquillas de entrada y salida se sitúan en el lado de placa de tubos fijos. Tipo J (flujo dividido): Se usa para reducir la caída de presión Deflectores Los deflectores tienen las funciones: Soportar haz de tubos. LI Restringir la vibración de los tubos debido a los choques con el fluido. Canalizar el flujo por la carcaza originando turbulencia para lograr mayores efectos de transferencia de calor.
El espaciado de deflectores mínimo es el 20 % ó 1/5 del diámetro interno de la carcasa 0 2 plg, el que resulte mayor, el máximo no ebe exceder el diámetro de la carcasa 0 2 plg, el que resulte mayor, el máximo no debe exceder el diámetro interno de la carcaza. ESTE PARÁMETRO ES VITAL EN EL DISEÑO. Para el presente proyecto se ha utilizado deflectores segmentados porque son los más comunes, consisten en hojas de metal perforadas cuyas alturas son generalmente un 75% del diámetro interno de la carcaza 3. 6.
DISENO DE INTERCAMBIADORES El primer paso es delimitar el problema tanto como sea posible inicialmente, esto es, definir para las corrientes: caudales, presiones, temperaturas, propiedades físicas, fouling, pérdidas de resión admisibles, etc. Luego se procede a seleccionar valores tentativos para los parámetros más importantes de diseño, tales como longitud y diámetro de los tubos (teniendo en cuenta las pérdidas de presión y las vibraciones que se producirán), el arreglo del banco de tubos, el espaciamiento entre deflectores, la cantidad de pasos y cantidad de carcasas en serie.
Con estas dimensiones, se tiene el valor de un área inicial supuesta. 3. 7. BALANCE DE ENERGÍA La aplicación de estos supuestos sobre el volumen de control del esquema, la ecuación general de balance de energía para flujo stable en estado estable es: Note que esta ecuación no expresa explícitamente la tasa de transferencia de calor entre los dos fluidos ya que ésta se lleva a cabo internamente en el vol. de control. 4.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL En este intercambiador se transfiere energía térmica entre dos medios sin necesidad de mezclarlos; por ejemplo, puede utilizarse agua caliente 7 OF térmica entre dos medios sin necesidad de mezclarlos; por ejemplo, puede utilizarse agua caliente para calentar agua fría sin mezclar el agua de ambas tuberías. 4. 1. SUSTANCIAS. Agua caliente Agua fría 4. 2. MATERIALES: Base de madera Plancha de aluminio 500×1 20 Tubo de cobre 5/1 6″ Carcaza de hierro fundido 3 codos de h» 2 tubos de acero de 15 cm * 3/8 de diámetro 2 neplos de 1,5″ Un bushing de 3,4″ a h» Teflón Silicona industrial Termómetro 4. . Diseño del intercambiador 1. Se procede al diseño de la placa soporte del cuerpo intercambiador 2. Diseñar la cañería de cobre. 3. Diseñar el cilindro o depósito. 4. Diseñar los deflectores 5. Diseñar las tapas del cilindro 6. Como último paso el software empleado para el diseño nos permite verificar la correcta funcionabilidad del Intercambiador y a la vez verificar posibles errores. 0F calor 5. RESULTADOS De acuerdo a los datos obtenidos se ha procedido calcular el balance de energía y conocer los resultados pertinentes. . DISCUSION DE RESULTADOS A través de las varias practicas hechas se pudo notar que para obtener le mejor eficiencia de un intercambiador de calor de este tipo, es necesario e imprescindible escoger los materiales mas aptos que posea aptos rangos de coeficientes térmicos y de conductividad, aparte el cálculo para cada una de sus partes estructurales será de Vital importancia, ya que cada una de estas repercute notablemente en el resultado final de las temperaturas e los flujos a utilizarse en el intercambiador. 7.
CONCLUSIONES Gracias a la investigación y asesoría profesional se ha realizado este proyecto tratando de adaptar los materiales más aptos con el propósito de evitar anomalías; por lo que fue novedoso e interesante poder indagar y dar la solución pertinente a fin de obtener el rendimiento deseado. Es imprescindible indicar que hoy en la actualidad todo nuevo elemento o maquina debe estar sometido a estrictos estándares de calidad, por lo que es imprescindible el manejo de software asistido por computador para poder predecir la factibilidad y omportamiento del futuro producto.
Es notable la aplicación de ecuaciones y cálculo de diseño, para que un intercambiador de calor funcione de forma optima; incluso es necesario que los dos fluidos de entrada como son el frio y el caliente este en continua circulación. Esto convergerá en temperaturas constantes de salida caliente este en continua circulación. Esto convergerá en temperaturas constantes de salida y un buen desempeño en general.
Además es de vital importancia concluir que mediantes las pruebas hechas, en la industria se utiliza intercambiadores de alor ya que ahorran energía y por tanto dinero. En la mayoría de procesos no se desperdicia el calor generado y se reutiliza para otros procesos minimizando el consumo energético. 8. RECOMENDACIONES Conviene realizar chequeos periódicos a fin de mantener el intercambiador en óptimas condiciones y de esta forma prevenir fugas de líquidos, roturas en las tuberías o fisuras en la carcasa.
Finalmente se recomienda profundizar el desarrollo y aprendizaje del campo de la transferencia de energía e incluso la materia de diseño industrial, para que de este manera en un futuro lograr er profesionales preparados, ya que este proyecto fue realizado con el propósito del diseño y construcción desde los principios básicos de un buen ingeniero, pero es lógico que se debió omitir ciertos parámetros que comprenden un extenso estudio de la aplicación termodinámica que un futuro se estima compensar.
LINKOGRAFIR http://eltamiz. com/2012/06/07/conoce-tus-elementos-el-cobre/ http://es. wikipedia. org/wiki/Conducci%C3%B3n_de_calor http://www. funke. de/files/funke rohrbuendel_wt_es. pdf http://es. wikipedia. org/wiki/lntercamblador_de calor_de carcasa ANEXOS 0 DF 10
