Informe de Combustible
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I. INTRODUCCION En la especialidad de industrias alimentarias podemos encontrar muchos cursos de especialidades entre ellas encontramos el curso de maquinarias y equipos en la producción de productos cárnicos e hidrobiológicos en la cual podemos tocar muchos puntos entre ellas conoces más sobre maquinarias y equipos que sirven para la producción de productos cárnicos tales como la salchicha , el chorizo, la jamonada, los embutidos etc…… en fin diversos productos que se puede elaborar en una empresa cárnica pero como bien sabemos en una empresa de cualquier magnitud cuenta con maquinarias las cuales para su uso y funcionamiento tiene que contar con un combustible , por ello en esta oportunidad investigamos y evaluamos cuales son los tipos de combustibles que existen y conocer cuáles son los efectos negativos que pueden afectar la salud de los seres humanos con el uso de estos combustible , pero conocemos aún más sobre los combustibles sólidos .. Pero de igual manera presentamos información sobre los intercambiadores de calor y El objetivo de esta sección es presentar los intercambiadores de calor de placas tales como su uso , su funcionamiento , etc ya que un equipo mecánico construido para transferir calor entre fluidos a diferentes temperaturas, esta máquina es muy importante en diversas industrias , pero nosotros damos realce a este equipo ya que es muy importante en el ámbito de la industria alimentaria.
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I. INTRODUCCION
En la especialidad de industrias alimentarias podemos encontrar muchos cursos de
especialidades entre ellas encontramos el curso de maquinarias y equipos en la producción de
productos cárnicos e hidrobiológicos en la cual podemos tocar muchos puntos entre ellas
conoces más sobre maquinarias y equipos que sirven para la producción de productos cárnicos
tales como la salchicha , el chorizo, la jamonada, los embutidos etc…… en fin diversos
productos que se puede elaborar en una empresa cárnica pero como bien sabemos en una
empresa de cualquier magnitud cuenta con maquinarias las cuales para su uso y
funcionamiento tiene que contar con un combustible , por ello en esta oportunidad
investigamos y evaluamos cuales son los tipos de combustibles que existen y conocer cuáles
son los efectos negativos que pueden afectar la salud de los seres humanos con el uso de
estos combustible , pero conocemos aún más sobre los combustibles sólidos .. Pero de igual
manera presentamos información sobre los intercambiadores de calor y El objetivo de esta
sección es presentar los intercambiadores de calor de placas tales como su uso , su
funcionamiento , etc ya que un equipo mecánico construido para transferir calor entre fluidos
a diferentes temperaturas, esta máquina es muy importante en diversas industrias , pero
nosotros damos realce a este equipo ya que es muy importante en el ámbito de la industria
alimentaria.
II. OBJETIVO
a. OBJETIVO GENERAL
adquirir y saber la importancia de como interviene los combustibles sólidos
y los cambiadores de calor de placas en nuestra especialidad
b. OBJETIVO ESPECIFICO
Conocer los tipos de combustibles solidos
Conocer los efectos negativos que está causando en salud el uso de los
combustibles solidos
Conocer los conceptos básicos de los cambiadores de calor y sus diversas
características y la forma de uso
III. MARCO TEORICO
3.1. GENERALIDADES DEL COMBUSTIBLE SOLIDO
3.1.1. ¿Qué es un combustible sólido?
Combustible es toda sustancia que emite o desprende energía por combustión
controlada (energía química) o excisión nuclear (energía nuclear) capaz de plasmar su
contenido energético en trabajo. Es también cualquier sustancia capaz de arder en
determinadas condiciones (necesitará un comburente y una energía de activación).
3.1.2. Clasificación de los combustibles solidos
Según la norma UNE 23010 se clasifican en:
Fuego de Tipo A: Son fuegos de materiales sólidos, y generalmente de
naturaleza orgánica donde la combustión se realiza normalmente con formación
de brasas (madera, tejidos, etc.).
Fuego de Tipo B: Son fuegos de líquidos o sólidos licuables (gasolina, grasas,
etc.).
Fuego de Tipo C: Son fuegos de gases. Por ejemplo butano, gas natural.
AUTOR: Félix Esparza
3.1.3. Tipos de combustibles solidos
3.1.3.1. Los combustibles sólidos naturales son la leña, el carbón y los residuos
agrícolas.
3.1.3.1.1. La leña
Fue el combustible más usado por el hombre hasta que se empezó a utilizar el
carbón mineral. En la actualidad la leña es escasa y cara y sólo se utiliza como
combustible en las chimeneas hogar o para iniciar la combustión del carbón en
pequeños hornos.
3.1.3.1.2. El carbón
Es un combustible sólido de origen vegetal, en el que intervinieron en su
formación un proceso de descomposición de los vegetales. Está formado por:
Combinaciones hidrogenadas
Combinaciones oxigenadas
Combinaciones nitrogenadas
Combinaciones sulfuradas
3.1.3.1.2.1. tipos de carbón
3.1.3.1.2.1.1. Carbón vegetal. Es el que se obtiene mediante la combustión incompleta de
la madera. La carbonización de la madera se realiza en hornos o en las
antiguas «carboneras», consistentes en una pila de leña cubierta de tierra y
con orificios que se abren o se cierran para controlar el caudal de aire a fin
de que la combustión no se detenga. El calor producido por la combustión
de una pequeña parte de la madera apilada produce la carbonización del
resto.
Este combustible arde con mucha facilidad, contiene pocas impurezas y su
potencia calorífica es de 8000 Kcal/kg, por lo que era muy utilizado para
tratamientos térmicos de metales y para cocinar, sobre todo el carbón de
maderas duras como la encina.
En la actualidad el carbón vegetal se utiliza muy poco debido a la escasez
de madera y a su elevado precio.
3.1.3.1.3. Carbón mineral. Se generalizó su utilización en el siglo XVIII con la
revolución industrial, debido a que la naciente industrialización exigía
grandes cantidades de combustible.
Se encuentra en el subsuelo a diferentes profundidades formando vetas de
diferentes tamaños que proceden de la carbonización natural de grandes
masas vegetales sepultadas hace millones de años.
Salvo en las minas a cielo abierto o de superficie, la explotación de la mina
de carbón se realiza mediante la excavación de pozos para permitir el acceso
directo de los trabajadores a la yeta. Los pozos y galerías se airean con
grandes ventiladores y tubos.
El arranque del carbón, que se hacía con pico y pala, se realiza ahora en las
pequeñas explotaciones fraccionándolo con máquinas perforadoras movidas
por aire comprimido. En las minas más grandes el arranque se realiza con
las ruedas dentadas de poderosas máquinas que depositan el carbón en
cintas transportadoras o en trenes interiores, los cuales llevan el carbón hasta
los montacargas de los pozos para sacarlo a la superficie.
El carbón mineral contiene impurezas, muchas de las cuales se eliminan con
un tratamiento de lavado en la zona minera. No ocurre así con el azufre, que
crea problemas de contaminación con su combustión. Después del lavado, el
carbón se clasifica por tipos y tamaños:
En bloques, tal como sale de la mina, o cribado. Estos últimos son de
diferentes tamaños siempre inferiores a 50 mm: galleta, granza, menudo o
cisco, etc.
A medida que avanza la explotación se toman medidas para aumentar la
seguridad: los túneles o galerías se apuntalan con columnas y vigas de
madera o de hierro para evitar derrumbamientos, se hacen instalaciones para
la extracción del agua de las inevitables infiltraciones y para la aireación y
extracción de los gases explosivos (metano) que desprende el carbón.
Se prevé que, en el futuro, el proceso de extracción del carbón estará
completamente automatizado y dirigido desde el exterior, e incluso hay
proyectos de explotar el carbón en el interior mismo de la mina para ahorrar
así su transporte.
El transporte del carbón desde la zona minera hasta la zona industrial de
consumo se hace por ferrocarril y por barco, por ser éstos los medios de
transporte masivo más económicos.
Existen cuatro variedades de carbón mineral con diferente grado de
carbonización: turba, lignito, hulla y antracita. Durante los dos últimos
siglos, el carbón mineral es el que ha suministrado la energía calorífica
necesaria para la actividad industrial. En los primeros momentos de la
industrialización se utilizó, fundamentalmente, para alimentar las calderas
de las máquinas de vapor instaladas en las industrias y en las locomotoras y
barcos. Con posterioridad se viene utilizando en las centrales térmicas de
producción de energía eléctrica.
En la actualidad ya no es el principal combustible industrial debido al
encarecimiento de su extracción por ser las minas cada vez más profundas y
de difícil mecanización; a la masiva producción y al menor coste de los
combustibles derivados del petróleo (en algunas centrales térmicas, el
carbón se sustituyó por el fuel-oil): y a la obtención de electricidad mediante
centrales nucleares. Para atender la creciente demanda de energía eléctrica
no se construyen nuevas centrales térmicas.
Sin embargo, su importancia económica va en aumento ante el
encarecimiento y previsible escasez del petróleo y también por las modernas
técnicas de la industria química, que lo utiliza como materia prima para
producir gran variedad de productos: disolventes, detergentes, abonos,
plásticos, etc., similares a los producidos por la industria petroquímica.
Por estos factores y por el volumen de sus reservas, superiores a las del
petróleo, las previsiones indican que el consumo de gasolina descenderá y el
de carbón irá en aumento, lo que indica que en los próximos años podría
llegar a recuperar su importancia pasada.
El carbón mineral se comercializa, clasificado por su tamaño, en cualquiera
de sus cuatro variedades. Para aprovechar el polvo y los pedazos demasiado
pequeños se fabrica el carbón aglomerado en formas prismáticas u ovoides,
que se consiguen por compresión de las partículas.
3.1.3.1.4. Carbón de coque. Es un carbón bastante ligero, de aspecto poroso y elevada
potencia calorífica, 3 000 Kcal/kg. Se obtiene de la destilación de la hulla,
calentándola fuertemente en hornos cerrados para aislarla del aíre. La hulla
desprende gases de gran utilidad industrial y, al final del proceso, queda en
el horno el carbón de coque. Este carbón es indispensable para la fabricación
del hierro y del acero. Se utiliza también para calefacción en núcleos urbanos
porque su combustión no desprende humo y permite disminuir la
contaminación ambiental.
Fuente: html.rincondelvago.com/combustibles-solidos.html
3.1.3.2. Los combustibles sólidos artificiales: son el resultado de procesos de
pirogenación a que sometemos los combustibles sólidos naturales. Es un proceso
mediante el cual, aplicando calor sin contacto con el aire, obtenemos los
combustibles sólidos artificiales. En este grupo están los aglomerados o briquetas,
alcoque de petróleo y de carbón y carbón vegetal.
Fuente: www.textoscientificos.com/energia/combustibles/solidos
3.1.4. Efectos negativos en la salud por el uso de combustible
3.1.4.1. Problemas de contaminación
El crecimiento del uso del carbón desde 1973 ha sido mucho menor de lo previsto.
El carbón está asociado a muchos más problemas que el petróleo. La minería
subterránea puede producir silicosis en los mineros, hundimiento del suelo situado
sobre las minas y filtraciones de ácido a los acuíferos.
La minería a cielo abierto exige una cuidadosa restauración del entorno para que la
tierra vuelva a ser productiva y el paisaje se recupere
La combustión del carbón provoca la emisión de partículas de dióxido de carbono,
óxido de azufre y otras impurezas. Se cree que la lluvia ácida se debe en parte a
dichas emisiones. En la década de 1990, la preocupación por el calentamiento del
planeta hizo que algunos gobiernos tomaran medidas para reducir las emisiones de
dióxido de carbono producidas por la combustión de carbón, petróleo y gas. La
solución es costosa
3.1.4.2. La combustión del carbón produce problemas de contaminación química
La combustión principalmente produce problemas en la atmósfera, la lluvia ácida,
debida al desprendimiento de gas sulfuroso (SO2) derivado de la combustión del
azufre que acompaña al carbón como impureza. Este gas se convierte en ácido
sulfúrico en contacto con la humedad atmosférica y produce daños importantes
Los principales países exportadores de carbón son Estados Unidos, Polonia,
Australia, URSS, Alemania, Canadá y Sudáfrica. En España las principales cuencas
carboníferas están en las provincias de León, Asturias y Teruel.
3.1.5. Reservas mundiales de carbón
El carbón se encuentra en casi todas las regiones del mundo pero los únicos
depósitos de importancia comercial están en Europa, Asia, Australia y América del
norte. En Gran Bretaña existen yacimientos en el sur de Escocia, Inglaterra y
Gales.En Europa Occidental hay en toda la región francesa de Alsacia, en Bélgica y
en los valles alemanes del Sarre y el Rurh. En Centroamérica hay yacimientos en
Polonia, la República Checa y Hungría.
El yacimiento de carbón más extenso y valioso de la ex unión soviética es el
situado en la cuenca de Donets; también se han explotado grandes depósitos de la
cuenca carbonera de Kuznetsk en Siberia Occidental.
3.2. Cambiadores de calor de placas
3.2.1. ¿Qué es un intercambiador de placa?
La Serie estándar de Intercambiadores de Placas S consiste en un bastidor con
placas recambiables y juntas de estanqueidad de caucho, sin elementos de
soldadura. Las placas están preformadas de acuerdo a un diseño de corrugación que
facilita el intercambio térmico entre los fluidos primario y secundario.
Fuente:http://www.comeval.es/pdf/cat_tec/intercambiadores/
intercambiadores_A4_esp.pdf
3.2.2. Principio de funcionamiento de un intercambiador de placa
La transmisión de calor es necesaria en los procesos industriales actuales, mediante
esta transmisión se consiguen ahorros de costes energéticos y máximo
aprovechamiento de la energía ya disponible en el sistema. Los fluidos, por tanto,
se calientan ó refrigeran para seguir siendo aprovechados dentro del proceso
industrial gracias a los intercambiadores.
Los intercambiadores de placas consisten en un conjunto de placas preformadas
con unos canales en disposición paralela por donde circulan los fluidos. Estas
placas están montadas sobre un bastidor de acero y dos placas de acero sujetadas
por espárragos de apriete que compactan las placas. Cada placa dispone de 4 bocas
por donde circulan los fluidos en paralelo mientras que un fluido es conducido
por las placas pares y el otro por las impares consiguiendo así el necesario
intercambio de calor entre ambos. Las placas están separadas por juntas de
estanqueidad de caucho, facilitando en este caso el mantenimiento de las mismas.
También se pueden ofrecer intercambiadores con placas soldadas sin juntas, siendo
más competitivos pero no siendo posible el mantenimiento
Fuente:http://www.comeval.es/pdf/cat_tec/intercambiadores/
intercambiadores_A4_esp.pdf
3.2.3. Características de un intercambiador de placas
* Compactos; con una gran superficie de intercambio y las placas en
conjunto proporcionan una mayor eficiencia térmica requiriendo menor
espacio de instalación.
* Alto rendimiento térmico; Precisión de intercambio y mayor superficie
de intercambio térmico, los circuitos funcionan a contra corriente y el
resultado es una gran transferencia térmica.
* Seguridad; ausencia de contaminación entre circuitos debido al sellado
independiente de ambos mediante las juntas de estanqueidad. El área
intermedia ventea a atmósfera en caso de rotura ó desgaste de juntas,
evitando así la no deseada contaminación interior.
* Livianos; su diseño proporciona más fácil manipulación en planta
embarque y seguridad de uso en la instalación.
* Ensuciamiento mínimo; debido a su diseño auto limpiante de las placas.
* Mínima corrosión y desgaste de materiales.
* Costes de operación mínimos.
* Expansibilidad y durabilidad; posibilidad de ampliación de placas para
el futuro incremento del rendimiento térmico en planta y renovación de
efectividad con el cambio de placas.
* Juntas de caucho incrustadas a presión, sin colas.
Fuente:http://www.comeval.es/pdf/cat_tec/intercambiadores/
intercambiadores_A4_esp.pdf
3.2.4. Partes de un intercambiador de placas
1.-placa movible
2.-paquete de placas
3.-barra de soporte
4.-entrada fluido caliente
5.-placa fija
6.-entrada fluido frio
7.-pernos para compresión
8.-barra de soporte
9.-columna de soporte
Fuente:http://www.comeval.es/pdf/cat_tec/intercambiadores/
intercambiadores_A4_esp.pdf
3.2.5. Aplicaciones generales de los intercambiadores de placas
Los intercambiadores de placas de la Serie S se utilizan comúnmente en un gran
número de instalaciones industriales,
Navales y de climatización Civil.
Instalaciones Industriales:
Calentamiento de producto; refrigeración de producto,
recuperación de condensados, plantas de energía y ciclos
combinados. Los intercambiadores de calor a placas se
utilizan en la fabricación de leche, mantequilla, queso,
postres, miel, yogures, cerveza, helados, refrescos,...
Instalaciones Navales:
Motores marinos, generadores de agua dulce,
refrigeración camisas de motor principal, motores
auxiliares, producción de vapor en salas de
máquinas .Los intercambiadores a placas son
utilizados como enfriadores de aceite, enfriadores
de agua de refrigeración de los motores, generadores de agua potable
Instalaciones de Climatización Civil:
Producción de agua caliente sanitaria (ACS),
torres de refrigeración .Los intercambiadores de
calor a placas se utilizan para el calentamiento de
la solución desengrasante, enfriamiento del agua
de aclarado, calentamiento...
Fuente:http://www.comeval.es/pdf/cat_tec/intercambiadores/
intercambiadores_A4_esp.pdf
Fuente: http://www.laygo.es/es/3732/aplicaciones.htm
3.2.6. Velocidades altas de transferencia de calor
La turbulencia creada por los intercambiadores de calor de placas .promueve una
transferencia de calor máxima. Con su alta eficacia, los intercambiadores pueden
manejar ajustes de temperatura de menos de 1º C (2º F), La unidad también ofrece
valores "U" o "K" de 3 a 6 veces más altos que los intercambiadores de carcasa y
tubos
Fuente:http://www.tranter.com/Pages/es-mx/productos/calor-de-placas/descripcion-
y-beneficios.aspx?langcode=es-es
3.2.7. Diseño compacto de un intercambiador de placas
Gracias a su elevada eficacia, el intercambiador de calor de placas de. Conserva el
espacio y la carga sobre el piso más allá de lo posible con un intercambiador de
carcasa y tubos de potencia idéntica. El intercambiador de calor de placas de puede
caber en 20 % a 50 % del espacio de un intercambiador de carcasa y tubos, incluido
el espacio de mantenimiento y servicio. Este espacio compacto usa los espacios
reducidos de manera productiva, lo que es especialmente importante para las
expansiones de producción. Gracias a su peso más liviano, el transporte y el
montaje son menos costosos. Además, cuesta menos.
Fuente:http://www.tranter.com/Pages/es-mx/productos/calor-de-placas/descripcion-
y-beneficios.aspx?langcode=es-es
3.2.8. Acción auto limpiante de un intercambiador de placa
perfil de velocidad de la unidad y la turbulencia inducida hace que los depósitos de
productos sucios se puedan quitar continuamente de la superficie de transferencia
de calor durante el funcionamiento; por consiguiente, se reduce la contaminación.
La turbulencia de las placas también mejora la eficacia de los procedimientos de
retrolavado con agua y limpieza in situ (CIP) con menos necesidad de desarmar el
intercambiador. Las placas se pueden someter a un electropulido para facilitar la
limpieza de manera manual o in situ. La unidad se abre dentro de su propio espacio
simplemente al aflojar los pernos de las barras de acoplamiento y hacer rodar el
bastidor móvil nuevamente hacia la columna de soporte.
Fuente:http://www.tranter.com/Pages/es-mx/productos/calor-de-placas/descripcion-
y-beneficios.aspx?langcode=es-es
IV. TRABAJO DE INVESTIGACION
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Defensa
Universidad Nacional Experimental Politécnica
De la Fuerza Armada.
U.N.E.F.A
Cátedra-Maquinas de Generación de Potencia
Intercambiadores De Calor
Integrantes:
Brian Stefan Hernández Querales C.I 20.044.923
María Gabriela Flores Mendoza C.I 19.639.053
Walter Segundo Mujica Mendoza C.I 20.044.195
Alfredo Jesús Ramos Herice C.I 19.572.505
Luis José Caraballo Rodríguez C.I 20.158.522
Sección: 6M1IE
Barquisimeto Noviembre 2011
INDICE
INTRODUCCION…………………………………………………………… 3
Intercambiadores de calor y funcionamiento…………………………….. 4, 5
Materiales……………………………………………………………………. 5, 6
Mantenimiento para el tipo “ES”…………………………………………… 6, 7
Aplicaciones de los intercambiadores de calor…………………………... 8
Usos de los Intercambiadores de Calor…………………………………… 8, 9
Intercambiadores de calor según su construcción……………………….. 9
Aplicaciones en la industria de intercambiadores de placas…………… 13
Intercambiadores de calor según su Operación……………………………13
Intercambiadores de un solo paso y de múltiple pasos…………………..17
Intercambiadores Regenerativos y No-regenerativos……………………..18
CONCLUSION………………………………………………………………….21
BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………………22
ANEXOS………………………………………………………………………...23
INTRODUCCIÓN
El objetivo de esta sección es presentar los intercambiadores de calor como
dispositivos que permiten remover calor de un punto a otro de manera específica en
una determinada aplicación. Se presentan los tipos de intercambiadores de calor en
función del flujo: flujo paralelo; contraflujo; flujo cruzado. Además se analizan los
tipos de intercambiadores de calor con base en su construcción: tubo y carcasa;
placas, y se comparan estos. Se presentan también los intercambiadores de paso
simple, de múltiples pasos, intercambiador de calor regenerador e intercambiador de
calor no regenerativo. Al final se incluyen algunas de las posibles aplicaciones,
funciones y mantenimientos de los intercambiadores de calor. Como hemos
mencionado, un intercambiador de calor es un componente que permite la
transferencia de calor de un fluido (líquido o gas) a otro fluido.
V. CONCLUSIONES
Los intercambiadores de calor son utilizados normalmente para transferir el calor entre
fluidos. Se encuentran diferentes tipos, algunos son hechos con tubos, otros con placas, esto
depende del calentamiento o cambio de temperatura que se le quiera dar a un fluido. Se debe
tomar en cuenta la temperatura con la cual debemos trabajar para poder evitar un error durante
su procedimiento.
Requieren de un mantenimiento dependiendo del degaste que tengan los
intercambiadores de calor. Algunas aplicaciones más comunes se encuentran en
calentamiento, ventilación, sistemas de acondicionamiento de espacios, radiadores en
máquinas de combustión interna, calderas, condensadores, y precalentadores o enfriamiento
de fluidos.
VI. RECOMENDACIONES
VII. BIBLIOGAFIA
AUTOR: Félix Esparza Fuente: html.rincondelvago.com/combustibles-solidos.html
Fuente: www.textoscientificos.com/energia/combustibles/solidos
Fuente:http://www.comeval.es/pdf/cat_tec/intercambiadores/
intercambiadores_A4_esp.pdf
Fuente: http://www.laygo.es/es/3732/aplicaciones.htm
Fuente:http://www.tranter.com/Pages/es-mx/productos/calor-de-placas/
descripcion-y-beneficios.aspx?langcode=es-es
HOLLMAN, J. P. “TRANSFERENCIA DE CALOR”. Editorial Mc
GRAW HILL. 8° Edición.
KERKN, Donald. “PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR”.
Editorial CONTINENTAL S.A. México 1998.
VIII. ANEXOS
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Defensa
Universidad Nacional Experimental Politécnica
De la Fuerza Armada.
U.N.E.F.A
Cátedra-Maquinas de Generación de Potencia
Intercambiadores De Calor
Integrantes:
Brian Stefan Hernández Querales C.I 20.044.923
María Gabriela Flores Mendoza C.I 19.639.053
Walter Segundo Mujica Mendoza C.I 20.044.195
Alfredo Jesús Ramos Herice C.I 19.572.505
Luis José Caraballo Rodríguez C.I 20.158.522
Sección: 6M1IE
Barquisimeto Noviembre 2011
INDICE
INTRODUCCION…………………………………………………………… 3
Intercambiadores de calor y funcionamiento…………………………….. 4, 5
Materiales……………………………………………………………………. 5, 6
Mantenimiento para el tipo “ES”…………………………………………… 6, 7
Aplicaciones de los intercambiadores de calor…………………………... 8
Usos de los Intercambiadores de Calor…………………………………… 8, 9
Intercambiadores de calor según su construcción……………………….. 9
Aplicaciones en la industria de intercambiadores de placas…………… 13
Intercambiadores de calor según su Operación……………………………13
Intercambiadores de un solo paso y de múltiple pasos…………………..17
Intercambiadores Regenerativos y No-regenerativos……………………..18
CONCLUSION………………………………………………………………….21
BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………………22
ANEXOS………………………………………………………………………...23
INTRODUCCIÓN
El objetivo de esta sección es presentar los intercambiadores de calor como
dispositivos que permiten remover calor de un punto a otro de manera específica en
una determinada aplicación. Se presentan los tipos de intercambiadores de calor en
función del flujo: flujo paralelo; contraflujo; flujo cruzado. Además se analizan los
tipos de intercambiadores de calor con base en su construcción: tubo y carcasa;
placas, y se comparan estos. Se presentan también los intercambiadores de paso
simple, de múltiples pasos, intercambiador de calor regenerador e intercambiador de
calor no regenerativo. Al final se incluyen algunas de las posibles aplicaciones,
funciones y mantenimientos de los intercambiadores de calor. Como hemos
mencionado, un intercambiador de calor es un componente que permite la
transferencia de calor de un fluido (líquido o gas) a otro fluido.
Intercambiadores de Calor
En los sistemas mecánicos, químicos, nucleares y otros, ocurre que el calor debe
ser transferido de un lugar a otro, o bien, de un fluido a otro. Los intercambiadores
de calor son los dispositivos que permiten realizar dicha tarea. Un entendimiento
básico de los componentes mecánicos de los intercambiadores de calor es
necesario para comprender cómo estos funcionan y operan para un adecuado
desempeño.
Funcionamiento de los intercambiadores de calor
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 convectiva del fluido hacia la pared interna del tubo
2. Transferencia de calor conductiva a través de la pared del tubo
3. Transferencia de calor convectiva 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 carcasa.
Debe quedar claro que la función de los intercambiadores de calor es la
transferencia de calor, donde los fluidos involucrados deben estar a temperaturas
diferentes. Se debe tener en mente que el calor sólo se transfiere en una sola
dirección, del fluido con mayor temperatura hacia el fluido de menor temperatura. En
los intercambiadores de calor los fluidos utilizados no están en contacto entre ellos,
el calor es transferido del fluido con mayor temperatura hacia el de menor
temperatura al encontrarse ambos fluidos en contacto térmico con las paredes
metálicas que los separan.
Materiales de Construcción
El material de construcción más común en los intercambiadores de calor es el
acero al carbono.
Otros materiales en orden de utilización son:
• Acero inoxidable
• Níquel
• Monel
• Aleaciones de cobre, Como latón Admiralty
• Aluminio
• Inconel
Se utilizan tubos bimetálicos cuando las condiciones de temperatura y
requisitos de corrosión no permiten la utilización de una aleación simple. Consisten
en dos materiales laminados juntos. Hay que tener cuidado con la acción galvánica.
También se encuentran intercambiadores de construcción no metálica como
son tubos de vidrio, en casco de vidrio o acero. También se encuentran
intercambiadores de calor de grafito, y de teflón.
Mantenimiento
Típicamente la falla para un termopermutador para funcionar según las especificaciones puede provenir de uno o más de los factores siguientes: (1) incrustaciones de calderas excesivas (2) ligaduras gaseosas o de aire proveniente de una instalación inapropiada a la tubería o falta de ventilación adecuada (3) condiciones de funcionamiento diferentes a las condiciones de diseño (4) distribución incorrecta de flujo en la unidad.
La inspección del equipo de termotransferencia basco a intervalos frecuentes (tan frecuentes como lo indica la experiencia), puede identificar los problemas potenciales antes de que ocurra un daño importante. La inspección debe incluir un examen del interior y exterior de la unidad.
La falla de mantener limpios todos los tubos puede resultar en restricciones graves de flujo a través de algunos tubos, lo cual puede causar estrés térmico dañino, resultando así en perdidas en las juntas de tubo o daño estructural a otros componentes.
La temperatura y presiones del líquido que entra y sale del equipo se deben revisar con frecuencia para evaluar el funcionamiento de la unidad. Por ejemplo, un aumento de la caída de presión en toda la unidad, acompañada de una disminución en la temperatura de salida, puede indicar ligadura gaseosa o de vapor.
Un revestimiento ligero de incrustaciones o sedimentos en el interior del tubo reduce tremendamente la eficacia de termotransferencia. Por lo tanto, los permutadores sujetos a incrustaciones de caldera se deben limpiar periódicamente. Un marcado aumento la caída de presión y/o reducción en el rendimiento indica, por lo general, que se necesita una limpieza. Primero debe verificar que no haya aire o vapor capturado en la unidad para confirmar que esta no es la causa de la reducción de rendimiento. Como el esfuerzo de limpieza disminuye rápidamente a medida que las incrustaciones se hacen más espesas o aumenta el deposito, los intervalos entre las limpiezas debe basarse en la historia de funcionamiento de la planta.
Se prefiere el desarmado y la extracción del haz para hacer una inspección visual y limpieza. La inspección y limpieza frecuentes se recomiendan altamente cuando los fluidos manipulados tienden a formar incrustaciones o son altamente corrosivos, y el haz se debe revisar para evitar que acumule corrosión.
Antes de desarmar la unidad, el usuario se debe asegurar de que haya sido completamente parada y despresurizada, ventilada, drenada y neutralizada y/o purgada de materiales peligrosos.
Se debe tener cuidado cuando “manipula” el material de incrustación y el agente de limpieza. Siga las instrucciones de manipulación de los productos químicos. Se recomienda el uso de todo tipo de protección oculta, respiratoria y corporal.
APLICACIONES DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR
Los intercambiadores de calor se encuentran en muchos sistemas químicos o
mecánicos. Estos sirven, como su nombre lo indica, para ganar calor o perder calor
en determinados procesos. Algunas de las aplicaciones más comunes se
encuentran en calentamiento, ventilación, sistemas de acondicionamiento de
espacios, radiadores en máquinas de combustión interna, calderas, condensadores,
y precalentadores o enfriamiento de fluidos. En este apartado se revisan algunas
aplicaciones específicas de intercambiadores de calor. Se intenta proveer varios
ejemplos específicos de cómo funciona un intercambiador de calor en un
determinado sistema, claro está que no se cubren todas las aplicaciones posibles.
USOS DE LOS INTERCAMBIADORES:
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. Por ejemplo para algunos de los intercambiadores
más usados actualmente, algunos de los usos que se conocen son los siguientes: (solo se
discutirán los casos más comunes)
Entre las principales razones por las que se utilizan los intercambiadores de
calor se encuentran las siguientes:
• Calentar un fluido frío mediante un fluido con mayor temperatura.
• Reducir la temperatura de un fluido mediante un fluido con menor temperatura.
• Llevar al punto de ebullición a un fluido mediante un fluido con mayor temperatura.
• Condensar un fluido en estado gaseoso por medio de un fluido frío.
• Llevar al punto de ebullición a un fluido mientras se condensa un fluido gaseoso
con mayor temperatura.
TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR SEGÚN SU CONSTRUCCION
Si bien 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: carcasa y tubo o plato. Como en cualquier
dispositivo mecánico, cada uno de estos presenta ventajas o desventajas en su
aplicación.
Carcasa y tubo
La construcción más básica y común de los intercambiadores de calor es el de
tipo tubo y carcasa que se muestra en la figura (1).
Figura 1: Intercambiador de calor de carcasa y tubos.
Este tipo de intercambiador consiste en un conjunto de tubos en un
contenedor llamado carcasa. El flujo de fluido dentro de los tubos se le denomina
comúnmente flujo interno y aquel que fluye en el interior del contenedor como fluido
de carcasa o fluido externo. En los extremos de los tubos, el fluido interno es
separado del fluido externo de la carcasa por la(s) placa(s) del tubo. Los tubos se
sujetan o se sueldan a una placa para proporcionan un sello adecuado. En sistemas
donde los dos fluidos presentan una gran diferencia entre sus presiones, el líquido
con mayor presión se hace circular típicamente a través de los tubos y el líquido con
una presión más baja se circula del lado de la cáscara.
Plato
El intercambiador de calor de tipo plato, como se muestra en la figura (2),
consiste de placas en lugar de tubos para separar a los dos fluidos caliente y frío Los
líquidos calientes y fríos se alternan entre cada uno de las placas y los bafles dirigen
el flujo del líquido entre las placas. Ya que cada una de las placas tiene un área
superficial muy grande, las placas proveen un área extremadamente grande de
transferencia de térmica a cada uno de los líquidos .Por lo tanto, un intercambiador
de placa es capaz de transferir mucho más calor con respecto a un intercambiador
de carcasa y tubos con volumen semejante, esto es debido a que las placas
proporcionan una mayor área que la de los tubos.
Figura 2: Intercambiador de calor de tipo plato.
Sin embargo, el tipo de intercambiadores de placa no se utiliza extensamente
debido a la inhabilidad de sellar confiablemente las juntas entre cada una de las
placas. Debido a este problema, el tipo intercambiador de la placa se ha utilizado
solamente para aplicaciones donde la presión es pequeña o no muy alta, por
ejemplo en los refrigeradores de aceite para máquinas.
Actualmente se cuentan importantes avances que han mejorado el diseño de las
juntas y sellos, así como el diseño total del intercambiador de placa, esto ha
permitido algunos usos a gran escala de este tipo de intercambiador de calor. Así, es
más común que cuando se renuevan viejas instalaciones o se construyen nuevas
instalaciones el intercambiador de la placa está substituyendo paulatinamente a los
intercambiadores de carcasa y tubo.
APLICACIONES EN LA INDUSTRIA DE INTERCAMBIADORES DE PLACAS
Para uso industrial desde Farmacéutico, Alimenticio, Químico, Petroquímico,
Plantas Eléctricas, Plantas Siderúrgicas, Marino y otros más.
Torres de Enfriamiento secas.
Calentadores de Agua y otros fluidos, mediante vapor.
Enfriadores de Aceite.
Recuperadores de Calor, particularmente con diferenciales cortos de
temperatura.
Manejo de sustancias corrosivas, medias.
Enfriadores de agua salada.
Para cualquier aplicación donde se requieren diferenciales cortos de
temperatura.
Para usos de refrigeración libres de congelación.
TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR SEGUN SU OPERACION
Ya que los intercambiadores de calor se presentan en muchas formas, tamaños,
materiales de manufactura y modelos, estos son categorizados de acuerdo con
características comunes. Una de las características comunes que se puede emplear
es la dirección relativa que existe entre los dos flujos de fluido.
Las tres categorías son: Flujo paralelo, Contraflujo y Flujo cruzado.
Flujo paralelo.
Como se ilustra en la figura (3), existe un flujo paralelo cuando el flujo interno
o de los tubos y el flujo externo o de la carcasa ambos fluyen en la misma dirección.
En este caso, los dos fluidos entran al intercambiador por el mismo extremo y estos
presentan una diferencia de temperatura significativa. Como el calor se transfiere del
fluido con mayor temperatura hacia el fluido de menor temperatura, la temperatura
de los fluidos se aproximan la una a la otra, es decir que uno disminuye su
temperatura y el otro la aumenta tratando de alcanzar el equilibrio térmico entre
ellos.
Debe quedar claro que el fluido con menor temperatura nunca alcanza la
temperatura del fluido más caliente.
Figura 3: Intercambiador de calor de flujo paralelo.
Contraflujo
Como se ilustra en la figura (4), se presenta un contraflujo cuando los dos
fluidos fluyen en la misma dirección pero en sentido opuesto. Cada uno de los
fluidos entra al intercambiador por diferentes extremos Ya que el fluido con menor
temperatura sale en contraflujo del intercambiador de calor en el extremo donde
entra el fluido con mayor temperatura, la temperatura del fluido más frío se
aproximará a al temperatura del fluido de entrada. Este tipo de intercambiador
resulta ser más eficiente que los otros dos tipos mencionados anteriormente. En
contraste con el intercambiador de calor de flujo paralelo, el intercambiador de
contraflujo puede presentar la temperatura más alta en el fluido frío y la más baja
temperatura en el fluido caliente una vez realizada la transferencia de calor en el
intercambiador.
Figura 4: Intercambiador de Contraflujo
Flujo cruzado
En la figura (5) se muestra como en el intercambiador de calor de flujo
cruzado uno de los fluidos fluye de manera perpendicular al otro fluido, esto es, uno
de los fluidos pasa a través de tubos mientras que el otro pasa alrededor de dichos
tubos formando un ángulo de 90◦
Los intercambiadores de flujo cruzado son comúnmente usado donde uno de los
fluidos presenta cambio de fase y por tanto se tiene un fluido pasado por el
intercambiador en dos fases bifásico.
Un ejemplo típico de este tipo de intercambiador es en los sistemas de
condensación de vapor, donde el vapor exhausto que sale de una turbina entra
como flujo externo a la carcasa del condensador y el agua fría que fluye por los
tubos absorbe el calor del vapor y éste se condensa y forma agua líquida. Se
pueden condensar grandes volúmenes de vapor de agua al utiliza este tipo de
intercambiador de calor.
En la actualidad, la mayoría de los intercambiadores de calor no son puramente
de flujo paralelo, contraflujo, o flujo cruzado; estos son comúnmente una
combinación de los dos o tres tipos de intercambiador. Desde luego, un
intercambiador de calor real que incluye dos, o los tres tipos de intercambio descritos
anteriormente, resulta muy complicado de analizar. La razón de incluir la
combinación de varios tipos en uno solo, es maximizar la eficacia del intercambiador
dentro de las restricciones propias del diseño, que son: tamaño, costo, peso, eficacia
requerida, tipo de fluidos, temperaturas y presiones de operación, que permiten
establecer la complejidad del intercambiador.
Figura 5: Intercambiador de calor de flujo cruzado.
Intercambiadores de un solo paso (o paso simple) y de múltiple pasos
Un método que combina las características de dos o más intercambiadores y
permite mejorar el desempeño de un intercambiador de calor es tener que pasar los
dos fluidos varias veces dentro de un intercambiador de paso simple.
Cuando los fluidos del intercambiador intercambian calor más de una vez, se
denomina intercambiador de múltiple pasos. Sí el fluido sólo intercambia calor en
una sola vez, se denomina intercambiador de calor de paso simple o de un solo
paso. En la figura (6) se muestra un ejemplo de estos intercambiadores.
Comúnmente el intercambiador de múltiples pasos invierte el sentido del flujo en los
tubos al utilizar dobleces en forma de "U" en los extremos, es decir, el dobles en
forma de "U" permite al fluido fluir de regreso e incrementar el área de transferencia
del intercambiador.
Un segundo método para llevar a cabo múltiples pasos es insertar bafles o
platos dentro del intercambiador.
Intercambiadores Regenerativos y No-regenerativos
Los intercambiadores de calor también pueden ser clasificados por su función
en un sistema particular. Una clasificación común es:
• Intercambiador regenerativo.
• Intercambiador no-regenerativo.
Un intercambiador regenerativo es aquel donde se utiliza el mismo fluido (el fluido
caliente y el fluido frío es el mismo) como se muestra en lo figura (7). Esto es, el
fluido caliente abandona el sistema cediendo su calor a un regenerador y
posteriormente regresando al sistema. Los intercambiadores regenerativos son
comúnmente utilizados en sistemas con temperaturas altas donde una porción del
fluido del sistema se remueve del proceso principal y éste es posteriormente
integrado al sistema. Ya que el fluido que es removido del proceso principal contiene
energía, el calor del fluido que abandona el sistema se usa para recalentar el fluido
de regreso en lugar de expeler calor hacia un medio externo más frío lo que mejora
la eficacia del intercambiador.
Es importante recordar que el término "regenerativo/no-regenerativo" sólo se
refiere a "cómo" funciona el intercambiador de calor en un sistema y no indica el tipo
de intercambiador (carcasa y tubo, plato, flujo paralelo, contraflujo).
En un intercambiador regenerativo, como se muestra en la figura (7), el fluido con
mayor temperatura en enfriado por un fluido de un sistema separado y la energía
(calor) removida y no es regresaba al sistema.
Figura 6: Intercambiador de un solo pasó e intercambiador de múltiple pasó.
Figura 7: Intercambiador regenerativo e Intercambiador no-regenerativo
Podemos establecer los siguientes puntos que resumen el tipo de
intercambiadores de calor.
• Existen dos métodos para la construcción de intercambiadores de calor: Tipo Plato
y Tipo Tubo.
• En un intercambiador de flujo paralelo el fluido con mayor temperatura y el fluido
con menor temperatura fluyen en la misma dirección.
• En un intercambiador de Contraflujo el fluido con mayor temperatura y el fluido con
menor temperatura fluyen en con la misma dirección pero en sentido contrario.
• En un intercambiador de flujo cruzado el fluido con mayor temperatura y el fluido
con menor temperatura fluyen formando un ángulo de 90◦ entre ambos, es decir
perpendicular uno al otro.
• La cuatro principales componentes de un intercambiador son
Tubos
Plato o tubo
Carcasa
Bafle
• Los intercambiadores de un solo paso tienen fluidos que transfieren calor de uno a
otro una sola vez.
• Los intercambiadores de múltiple paso tienen fluidos que transfieren calor de uno a
otro más de una vez a través del uso de tubos en forma de "U" y el uso de bafles.
• Los intercambiadores de calor regenerativos usan el mismo fluido para calentar y
enfriar.
• Los intercambiadores de calor no-regenerativos usan fluidos separados para
calentar y enfriar.
CONCLUSIÓN
Los intercambiadores de calor son utilizados normalmente para transferir el
calor entre fluidos. Se encuentran diferentes tipos, algunos son hechos con tubos,
otros con placas, esto depende del calentamiento o cambio de temperatura que se le
quiera dar a un fluido. Se debe tomar en cuenta la temperatura con la cual debemos
trabajar para poder evitar un error durante su procedimiento.
Requieren de un mantenimiento dependiendo del degaste que tengan los
intercambiadores de calor. Algunas aplicaciones más comunes se encuentran en
calentamiento, ventilación, sistemas de acondicionamiento de espacios, radiadores
en máquinas de combustión interna, calderas, condensadores, y precalentadores o
enfriamiento de fluido
BIBLIOGRAFÍA
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Editorial Mc GRAW HILL. 8° Edición.
[2].- KERKN, Donald. “PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR”.
Editorial CONTINENTAL S.A. México 1998.
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Editorial Mc GRAW – HILL. Barcelona 1996.
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http://www.apiheattransfer.com/es/pdf/Literature/Basco%20Type%20ES
%20Installation%20Maintenance%20Guide%20Spanish.pdf
A N E X O S
Condensador Cambiador de Calor
Caldera Recuperación de Calor de tres etapas
Calentador de Gas Intercambiadores de Casco y Tubo
