UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA

INDUSTRIAL

CURSO : TermodinámicaDOCENTE : Ing. Miguel Humberto Arapa INTEGRANTES :

Alison Felices Aguirre Nicole Capuñay Sotomayor Julyssa Palomino Espinoza Estefany Carrión Medina Eduardo Díaz Vásquez

CUSCO – PERU

2015

PRESENTACION

En la vida diaria se encuentran muchas situaciones físicas en las que es necesario transferir calor desde un fluido caliente hasta uno frío con múltiples propósitos. Por ejemplo, ahorro de energía (combustible) lo que disminuye los costos de operación; o para llevar afluido a una temperatura óptima, bien sea para un procesamiento posterior o para alcanzar condiciones de seguridad necesarias en el caso de transporte y/o almacenamiento. Para transferir calor existen una amplia variedad de equipos denominados intercambiadores de calor. Los equipos de intercambio de calor se pueden clasificar de acuerdo a diferentes criterios: tipo de contacto entre las corrientes fluidas, relación área de transferencia de calor a volumen ocupado, número de fluidos involucrados, de acuerdo al servicio, tipo deconstrucción, etc.

INTRODUCCION

Los intercambiadores de calor son dispositivos usados para la transferencia de calor entre dos o más fluidos. Los intercambiadores de calor compactos son comúnmente usados en los procesos industriales de Ventilación Calentamiento, Refrigeración y también de Aire acondicionado, debido a su economía, construcción y operación. El intercambiador de calor compacto más empleado es el de tubos aleados. La configuración de la aleta puede ser rectangular o circular, continua o individual; a su vez la geometría para los tubos puede ser circular, plana u oval. En operación, parte o toda la superficie de la aleta puede ser cubierta por una película de agua producida por la condensación del vapor de agua en la corriente de aire entrante. El área de superficie de transferencia de calor por unidad de volumen es a menudo usada como una medida de la compactación de un intercambiador de calor. Si esta relación excede 700 m2/m3, el intercambiador es comúnmente referido como un compacto. Estos equipos son de gran interés por varias razones, como son en general, una alta eficiencia, permiten recuperar cantidades de energía más grandes entre las corrientes de proceso, son más versátiles en términos del número de corrientes de proceso que pueden ser manejadas. Algunos intercambiadores de calor compactos pueden manejar únicamente dos corrientes, otros puede manejar cuatro o más con facilidad.

INDICE

ContenidoFACULTAD DE INGENIERIA..........................................................................................1

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA INDUSTRIAL...........................................................1

1 ¿QUE SON LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR?..............................................5

2 TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR...........................................................5

2.1 Intercambiadores de contacto directo:.........................................................................5

2.2 Intercambiadores de contacto indirecto.......................................................................5

3 ELEMENTOS DE DISEÑO DE INTERCAMBIADORES DE CALOR...........................6

4 VENTAJAS...................................................................................................................7

5 APLICACIONES GENERALES....................................................................................8

5.1 Instalaciones Industriales:..............................................................................................8

5.2 Instalaciones Navales:...................................................................................................8

5.3 Instalaciones de Climatización Civil.............................................................................8

6 SELECCIÓN DE INTERCAMBIADORES....................................................................8

7 ¿COMO DISEÑAR UN INTERCAMBIADOR DE CALOR?..........................................9

8 LIMPIEZA Y MANTENIMIENTO DE LOS INTERCAMBIADORES............................10

8.1 Para la limpieza exterior de los tubos se usan varios métodos..............................10

8.2 Para la limpieza interior................................................................................................10

9 CONCLUSIONES.......................................................................................................11

10 BIBLIOGRAFIA.........................................................................................................12

INTERCAMBIADORES DE CALOR

1 ¿QUE SON LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR?

Un intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para transferir calor entre dos medios, que estén separados por una barrera o que se encuentren en contacto. Son parte esencial de los dispositivos de calefacción, refrigeración, acondicionamiento, producción de energía y procesamiento químico.

Un intercambiador típico es el radiador del motor de un automóvil, en el que el fluido calo portador, calentado por la acción del motor, se enfría por la corriente de aire que fluye sobre él y, a su vez, reduce la temperatura del motor volviendo a circular en el interior del mismo.

2 TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR

2.1 Intercambiadores de contacto directo: son aquellos dispositivos en los que los fluidos sufren una mezcla física completa. Por ejemplo:

* Torres de Enfriamiento.- Las torres de enfriamiento son un tipo de intercambiadores de calor que tienen como finalidad quitar el calor de una corriente de agua caliente, mediante aire seco y frío, que circula por la torre.

2.2 Intercambiadores de contacto indirecto

a) Alternativos: ambos fluidos recorren un mismo espacio de forma alternada, la mezcla entre los fluidos es despreciable.

b) De superficie: son equipos en los que la transferencia de calor se realiza a través de una superficie, cilíndrica o plana, sin permitir el contacto directo. Dentro de este esta:

Intercambiadores de calor tubulares.- El cambiador indirecto más simple es el cambiador de tubos concéntricos; consta de dos tuberías concéntricas, una en el interior de la otra, circulando los dos fluidos por el espacio anular y por la tubería interior. Los flujos pueden ser en el mismo sentido (corrientes paralelas) o en sentido contrario (contracorriente).

1 Pysmennyy, Y (2007) Manual para el cálculo de intercambiadores de calor. Reverte: México

Transmisión de calor por conducción.- La conducción es la forma en que tiene lugar la transferencia de energía a escala molecular. Cuando las moléculas absorben energía térmica vibran sin desplazarse, aumentando la amplitud de la vibración conforme aumenta el nivel de energía

Transmisión de calor por convección.- Cuando un fluido circula alrededor de un sólido, por ejemplo por el interior de una tubería, si existe una diferencia de temperatura entre ambos, tiene lugar un intercambio de calor entre ellos. Esta transmisión de calor se debe al mecanismo de convección. El calentamiento y enfriamiento de gases y líquidos son los ejemplos más habituales de transmisión de calor por convección. Dependiendo de si el flujo del fluido es provocado artificialmente o no, se distinguen dos tipos: forzada y libre (también llamada natural). La convección forzada implica el uso de algún medio mecánico, como una bomba o un ventilador, para provocar el movimiento del fluido. Ambos mecanismos pueden provocar un movimiento laminar o turbulento del fluido.

3 ELEMENTOS DE DISEÑO DE INTERCAMBIADORES DE CALOR

Las dimensiones de un intercambiador de calor no están determinadas únicamente por consideraciones de transferencia de calor, para fijar las dimensiones globales y el número de placas del intercambiador es necesario tomar en cuenta otras restricciones. Los problemas usuales de diseño de intercambiadores de calor consisten en idear una unidad con un rendimiento dado en cuanto a transferencia de calor, es decir, una efectividad dada, sujeto a ciertas restricciones, por ejemplo:

Bajo costo de capital Bajo costo de operación Limitaciones en cuanto a tamaño, forma peso Facilidad de mantenimiento

1 Pysmennyy, Y (2007) Manual para el cálculo de intercambiadores de calor. Reverte: México

La porción más importante del costo de operación puede deberse a la potencia necesaria para bombear los fluidos. Para los líquidos la potencia suele ser más bien baja, por lo que no afecta significativamente el diseño. En el caso de los gases, la potencia requerida por unidad de masa de fluido de trabajo es muy grande, por lo que a menudo constituye una importante restricción del diseño. La potencia de bombeo es simplemente el producto de la velocidad volumétrica de flujo por la caída de presión, dividido entre la eficiencia de soplado, Así, la necesidad de reducir el costo de operación se traduce, a nivel del diseño, en una limitación sobre la caída de presión.

4 VENTAJAS

Elevada turbulencia en la circulación de fluidos, consiguiéndose regímenes turbulentos para números de Reynolds de aproximadamente de 10, frente al valor de 2300 correspondiente a la transición de régimen laminar a turbulento en cambiadores multitubulares. Esta elevada turbulencia permite velocidades de circulación menores en los fluidos, disminuyendo el peligro de ensuciamiento.

Elevados valores del coeficiente de transmisión superficial, lo que conlleva valores muy elevados del coeficiente global de transmisión del calor.

Menores perdidas caloríficas, ya que sólo los bordes de las placas están expuestas al ambiente exterior y además de tener pequeños espesores pueden aislarse fácilmente.

Menor espacio necesario que otros tipos de cambiadores dada su elevada relación superficie de intercambio / volumen total, lo que supone también que la cantidad de líquido contenido por unidad de superficie de intercambio es muy baja en comparación con otros intercambiadores, lo que da lugar a menores pérdidas de fluido al abrir el cambiador, así como a menores problemas de depósito de residuos, fermentaciones... en los períodos de funcionamiento, presentando menor inercia térmica en la puesta en marcha o en los cambios de régimen por la misma razón.

Fácil accesibilidad a ambas caras de cada placa, lo que permite una mejor inspección y limpieza, lo que puede realizarse en el mismo lugar de su emplazamiento.

2 Kurt, C. (2006).Termodinámica. Pearson: México

Facilidad de sustituir elementos con la consiguiente ventaja de facilitar las reparaciones y realizar ampliaciones con máxima economía.

En el caso de deterioro de las juntas, se produce escape de fluido hacia el exterior, siendo posible repararlas inmediatamente, evitándose mezclas o contaminaciones de los fluidos.

5 APLICACIONES GENERALES

Comúnmente se utilizan en un gran número de instalaciones Industriales, Navales y de Climatización Civil.

5.1 Instalaciones Industriales:Calentamiento de producto; refrigeración de producto, recuperación de condensados, plantas de energía y ciclos combinados.

5.2 Instalaciones Navales:Motores marinos, generadores de agua dulce, refrigeración camisas de motor principal, motores auxiliares, producción de vapor en salas de máquinas.

5.3 Instalaciones de Climatización CivilProducción de agua caliente sanitaria (ACS), torres de refrigeración.

6 SELECCIÓN DE INTERCAMBIADORESLa selección de un intercambiador de calor depende de factores como el económico, de aplicación, de operación y por supuesto del criterio del ingeniero de proyectos. A continuación se presenta una tabla de las características de cada uno de los intercambiadores.

3 Incropera, F. (1999) Fundamentos de transferencia de calor. Pearson: España.

Tabla 1: Características de los intercambiadores de calor

7 ¿COMO DISEÑAR UN INTERCAMBIADOR DE CALOR?

Paso 1: Analizar la aplicación. Paso 2: Identificar las propiedades de los fluidos. Paso 3: Balance de energía. Paso 4: Definir la geometría del intercambiador de calor. Paso 5: Cálculos térmicos. Paso 6: Interpretación de los cálculos térmicos. Paso 7: Cálculos de diseño mecánico. Paso 8: Preparación de los planos de fabricación.

4 Dewitt, D. (1998) Aplicaciones de los intercambiadores de calor.Uacy: México

8 LIMPIEZA Y MANTENIMIENTO DE LOS INTERCAMBIADORES

Cuando se producen incrustaciones en los intercambiadores se hace muy notable la caída de presión y la reducción de transferencia de calor. Por este motivo todo intercambiador debe ser limpiado periódicamente.

8.1 Para la limpieza exterior de los tubos se usan varios métodos

• Se pueden taladrar mecánicamente los interiores de los tubos y limpiar el exterior con

• aire de presión y por lavado.• Se puede calentar el haz de tubos en un baño de gasolina

caliente de sosa caustica.• Haciendo circular por él ácido inhibido.• Se puede limpiar el haz de tubos por chorreado de arena seca.

8.2 Para la limpieza interior

• Quitar las tapas sin la extracción el haz tubular y la suciedad se elimina con la ayuda de un latiguillo que expulsa el agua a una presión 80- 100 kg/cm2.

5 Gómez, J. (2003) Termodinámica: Análisis energético. Reverte: Barcelona.

9 CONCLUSIONES

En un intercambiador de calor se debe realizar paulatinamente un mantenimiento ya que esto puede ocasionar problemas para su funcionamiento.

Al conocer los tipos de intercambiadores de calor podemos seleccionar el intercambiador apropiado, este depende de su aplicación en la industria y por su economía para su elaboración.

La utilización de los intercambiadores de calor en la industria se puede ahorrar energía lo cual implica costos y mantener las propiedades de tratamiento de los fluidos los mismos que coadyuvan el óptimo desempeño de las máquinas y equipos.

Existen diferentes tipos de intercambiadores (flujo y por construcción), aplicados en instalaciones industriales, instalaciones navales, instalaciones de climatización civil que nos han a ayudado para los ahorros de costos energéticos.

10 BIBLIOGRAFIA

1)Pysmennyy, Y (2007) Manual para el cálculo de intercambiadores de calor. Reverte: México

2)Kurt, C. (2006).Termodinámica. Pearson: México

3) Incropera, F. (1999) Fundamentos de transferencia de calor. Pearson: España.

4) Dewitt, D. (1998) Aplicaciones de los intercambiadores de calor.Uacy: México

5) Gómez, J. (2003) Termodinámica: Análisis energético. Reverte: Barcelona.