Unidad 2 Clasificación ICCT

5/25/2018 Unidad 2 Clasificaci n ICCT

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Modulo I

Unidad

2

Clasificacin de los

Intercambiadores de Calor

de Casco y Tubos


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TABLA DE CONTENIDOINTRODUCCIN ....................................................................................................................... 1

2. CLASIFICACIN DE LOS INTERCAMBIADORES CALOR DE CASCOY TUBOS .................................................................................................................... 2

2.1. CABEZAL FIJO ........................................................................................................................ 2

2.2. CABEZAL FLOTANTE ........................................................................................................... 3

2.3. INTERCAMBIADOR CON TUBOS EN "U" ........................................................................ 4

2.4. IDENTIFICACIN DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR DE CASCO Y TUBOS(NORMA TEMA) .............................................................................................................................. 4

2.4.1. Cabezal frontal .............................................................................................................. 6

2.4.2. Cuerpo del intercambiador ...........................................................................................6

2.4.3. Cabezales posteriores .....................................................................................................7

2.5. DESIGNACIN ......................................................................................................................... 8

2.6. BIBLIOGRAFA ........................................................................................................................ 9


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INTRODUCCIN

Resumiendo los visto en capitulo anterior sobreintercambiadores casco y tubos, estos son equipos que

consisten bsicamente en un cuerpo o carcaza o casco, el

cual envuelve un grupo de tubos rectos y paralelos en su

interior. Su finalidad es la de transferir calor de un fluido

caliente a uno frio, circulando cada uno por separado en

cada cmara del intercambiador. Los mecanismos de

transferencia de calor predominante son la conveccin y la

conduccin. Los intercambiadores de calor de casco y

tubos pueden ser clasificados por la funcin o servicio que

prestan como enfriamiento, calentamiento, condensacin,

evaporizacin, etc.

La seleccin de un intercambiador de un determinado tipo

de intercambiador depende factores tales como la presin

de diseo, temperatura de diseo, naturaleza de los fluidos

y la disposicin para el movimiento para el movimiento

diferencial entre el casco y los tubos, antes que por la

funcin o servicio que van a prestar[2]

.

Los intercambiadores de calor de casco y tubos lospodemos clasificar segn su tipo de cabezal, encontramos

tres categoras principales:

1. Cabezal fijo o porta-tubo fijo2. Cabezal Flotante3. Tubos en U

Clasificacin

Intercambiadde Calor de C

y Tu

Modu

Unida


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2. CLASIFICACIN DE LOS INTERCAMBIADORES CALOR DE CASCO YTUBOS

2.1. CABEZAL FIJO

Es el intercambiador de configuracin ms sencilla, tiene tubos rectos que son asegurados

a ambos extremos de las placas porta-tubos, por medio de soldadura las placas porta tubos

son fijados al casco. Este tipo de intercambiadores pueden ser construidos con cabezal-

canal con cubierta Plana apernada, o esfrica soldada; con placas tubulares tipo confinada,

apernada o con placas tubulares que son bridas a la vez. La principal ventaja de la

construccin I.C. de cabezal fijo es su bajo costo, debido a su construccin simple. De

hecho, los I.C. de cabezal fijo son el tipo de construccin menos costosa, siempre y cuando

no se requiera juntas de expansin. En este tipo de intercambiadores no se puede remover el

haz de tubos.

F igur a 2-1. In tercambiador de calor de Cabezal f ij o o placa Porta-tubos Fi ja

Se usan en donde las condiciones de temperatura no generan problemas de esfuerzo

trmico. Su diferencia de temperatura lmite no deber pasar de los 149F entre los dos

fluidos, debido a que estos intercambiadores no presentan tolerancia para la expansin

trmica. Por lo general no se puede limpiar mecnicamente el cuerpo internamente y el

exterior de los tubos, por ello debe usarse fluidos limpios en el lado casco. Sin embargo,

puede emplearse un programa de limpieza qumica adecuado, para limpiar el lado casco del


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intercambiador. El interior de los tubos puede ser limpiado mecnicamente al remover la

cubierta de canal.

Este tipo de intercambiador es sumamente propenso a tener fallas cuando hay esfuerzo

trmico severo, que producen fugas tanto internas como externas. Las internas sonextremadamente peligrosas porque no son fciles de detectar. Por ello es necesario realizar

un anlisis trmico considerando todas las fases de operacin: arranque, normal,

variaciones y anormal, para detectar y aliviar condiciones de esfuerzo trmico.

2.2. CABEZAL FLOTANTE

Es el tipo ms verstil y caro de los intercambiadores de haz de tubos y casco. En este

intercambiador, uno de los cabezales se puede mover libremente dentro del cuerpo del

intercambiador, no presenta ninguna restriccin fsica para su movimiento. El cabezal

flotante recibe el fluido que viene del cabezal-canal por dentro de los tubos y lo puede o no,retornar al mismo. Este tipo de intercambiador se usa cuando las condiciones de operacin

generan esfuerzos trmicos entre los tubos y las placas tubulares debido a la diferencia de

temperatura de los dos fluidos, provocando una expansin trmica de los materiales,

tambin esta indicado para servicios en los que la limpieza de tubos y/o su reemplazo son

frecuentes.

Hay dos tipos bsicos de intercambiador de cabezal flotante. Uno emplea un cabezalflotante (es decir, deslizante) con o sin anillo divido (Split ring). La otra usa empaquetadura

para permitir la expansin trmica, este se llama comnmente intercambiador de cabezal

flotante de unin empaquetada y no se usa en servicio con fluidos peligrosos o cuando lasfugas pueden ser txicas.

F igur a 2-2. Intercambiador de calor tipo Cabezal F lotante


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2.3. INTERCAMBIADOR CON TUBOS EN "U"

Los intercambiadores de tubos en U tienen los tubos del haz doblados formando una U para

evitar una de las dos placas de tubos, es decir que el fluido lado tubos solo requiere del usodel cabezal canal para orientar la entrada y salida. Los tubos en U presentan cambios de

direccin ms graduales, porque la curva que forman en el extremo es muy abierta, lo que

ofrece menor resistencia al flujo.

La ventaja de un Intercambiador con tubos en "U" es que debido a un extremo es libre, el

paquete de tubos puede expandirse o contraerse en respuesta a los diferenciales de

esfuerzo.

Un inconveniente de estos intercambiadores radica en su limpieza, por lo que se

acostumbra limpiar los tubos con reactivos qumicos.

F igur a 2-3. I ntercambiador de Tubos en U

2.4. IDENTIFICACIN DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR DE CASCO YTUBOS (NORMA TEMA)

Los diferentes tipos de cabezales frontales, posteriores y cuerpo del intercambiador se

observan en la figura #. Como se observa cada unos de estos tendr una letra de

identificacin. La primera letra es la indicativa del tipo del cabezal frontal. La segunda letra

es la indicativa del tipo de casco. La tercera letra nos indica el tipo de cabezal del extremo

posterior.


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F igura 2-4. T ipos de cabezales frontales, posteriores y cuerpo de un i ntercambiador de casco y tubos.

Fuente: TEMA


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2.4.1. Cabezal frontal [3]

Cabezal frontal se les llama as a los cabezales tipo canal, por donde entre y sale, o

solamente entra fluido lado tubos. Se clasifican de la siguiente manera:

Tipo A: Son cabezales tipo canal los cuales presentan una cubierta plana apernada obrida ciega. El canal y su cubierta plana son removibles. La colocacin de la placa

de particin es opcional, segn el nmero de pasos del fluido lado tubos.

Tipo B: Este cabezal se denomina "bonete integral" o casquete (cubierta integrada),el cual es cabezal canal que difiere del anterior en el cambio de la cubierta plana

apernada, por una cubierta esfrica soldada al canal. El conjunto llevara una bridad

para su unin con el cuerpo del intercambiador. La colocacin de la placa de

particin es opcional.

Tipo C: En este tipo de cabezal, encontramos una cubierta plana apernada al canal;pero en lugar de la brida de unin al cuerpo del intercambiador, se suelda a la placatubular al cabezal, realizando a su vez la funcin de la brida.

Tipo N: En este tipo de cabezal, tanto el canal, la placa tubular, y el cuerpo delintercambiador, van soldados entre s. La cubierta plana del cabezal va apernada.

Tipo D: Este tipo de cabezal se utiliza para servicios de fluidos lado tubos con altaspresiones. Se observa una placa tubular soldada al cabezal, que hace las veces de

brida.

Los tipo A (Canal y cubierta desmontable) y B (Casquete) son los ms comunes.

2.4.2. Cuerpo del intercambiador [3]

El cuerpo de intercambiador es el casco, el cual contiene en su interior el haz de tubos,

bafles, soportes, etc. Estos se clasifican de la siguiente manera:

Tipo E: Se denomina as cuando es de un solo paso. Tipo F: El cuerpo presenta un bafle longitudinal que origina dos compartimientos o

pasos en el cuerpo.

Tipo G: Cuerpo para flujo repartido. Presenta un bafle longitudinal centrado, demenor longitud al cuerpo del intercambiador, el cual reparte el fluido hacia los dos

extremos del cuerpo.

Tipo H: Flujo doblemente repartido. Presenta dos bafles longitudinales, que repartenel fluido. Su diferencia con anterior consiste en que presenta dos boquillas de

entrada y dos de salida

Tipo J: Flujo dividido. Presenta una boquilla de entrada y dos de salida. El fluido sedivide en dos corrientes que circulan cada una hacia lados opuestos.


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Tipo K: Condensador tipo Kettle. Su forma se debe a que en su interior se va apresentar condensacin de vapores. Presenta boquillas de entrada y salida de vapor,

as como de salida de condensado.

Tipo X: Se denomina as al fluido que circula en el cuerpo en forma cruzada.El casco ms comn es el E (casco de un paso), el tipo F de dos pasos es ms complicadade mantener. Los tipos G, H y J se utilizan para reducir las prdidas de presin en el casco.El tipo K es el tipo de rehervidor de caldera utilizado en columna de destilacin.

2.4.3. Cabezales posteriores [3]

Cabezales posteriores se les conoce como cabezales tipo cubierta, los cuales pueden

albergar en su interior al cabezal flotante, a los tubos en "U", pueden ser cabezales tipo

bonete por donde reciben el fluido que viene por los tubos, o pueden ser cabezales tipo

canal.

Tipo L: Es un cabezal semejante al A, en donde el cabezal presenta una cubiertaplana apernada, con o sin boquilla de de salida de fluido lado tubos.

Tipo M: Es un cabezal con cubierta esfrica soldada, con boquilla de salida delfluido (bonete) o sin boquilla.

Tipo N: como el cabezal frontal tipo N Tipo P: Cabezal flotante con empaque externos y cubierta plana apernada Tipos S: Este cabezal tipo cubierta presenta un cabezal flotante y un anillo dividido

de respaldo en su interior. Puede o no tener abertura tanto el cabezal flotante como

en el cabezal cubierta para la salida del fluido lado tubos. Cuando es un solo pasopor tubos. El tipo S el dimetro del cabezal es mayor que el del casco y hay que

desmontarlo para sacarlo.

Tipo T: Cabezal flotante de extraccin. La placa porta-tubos flotante vadirectamente apernada al cabezal flotante. Puede o no presentar boquillas de salida

del fluido lado tubos. Este tipo de cabezal puede sacarse sin desmontar, pero

necesita mayor dimetro de casco para la misma superficie de intercambio.

Tipo U: El intercambiador presenta tubos en U. no requiere placa tubular en la parteposterior del intercambiador. Este es tipo es econmico, pero a la hora de

mantenimiento necesita una gran variedad de tubos en stock.

Tipo W: Placa tubular flotante con anillo externo. En esta configuracin, la placatubular flotante va apoyada entre dos bridad, teniendo un libre movimiento para

absorber los efectos trmicos expansivos.

Los de tipo de cabezal posterior S, T y U son los ms utilizados.


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2.5. DESIGNACIN

La norma TEMA recomienda para identificar un intercambiador el uso de nmeros y letras.

La designacin de la clase se lleva a cabo por medio de letras mediante tres categoras (R,

C y B) de acuerdo al grado de severidad del servicio:

Clase R: Son intercambiadores especificados para servicios ms severos en losprocesos industriales petroqumicos. Principalmente se requiere seguridad y

durabilidad para los equipos que estn bajo estas condiciones

Clase C: Son intercambiadores usados para servicios y requerimientos moderados.El costo y tamao son las dos caractersticas fundamentales para este equipo.

Clase B: Son intercambiadores especificados para servicios de procesos generales.La siguiente designacin es la de tamao se realiza por medio de nmeros que ayudan a

identificar las dimensiones del intercambiador, como dimetro interno en pulgadasredondeado al nmero entero ms cercano, as como la longitud recta de los tubos en pies.

La designacin del tipo de intercambiador se realizar mediante letras que se utilizaran para

reconocer los tres componentes principales del ICCT como el tipo de cabezal frontal, casco

y cabezal posterior, en su respectivo orden.

Parar identificar el numero de pasos, se utilizara nmeros enteros en donde el primer

nmero identificara el numero pasos lado casco y el segundo identificara el numero de

pasos lado tubos.

Por ejemplo, un intercambiador con cabezal frontal tipo A, cuerpo tipo E, cabezal trasero

tipo S dimetro interno 23.25, tubos de 16 pies de longitud, un paso casco y dos pasos

tubo, tipo de servicio R:

Clase R, 23-192, tipo AES, 1-2


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2.6. BIBLIOGRAFA

[1]RABAH, Ali A.Heat Exchangers: Design, Operation, Maintenance and Enhancement.Department of chemical engineering, University of Khartoum. Khartoum, Sudan.

[2] ARIAS BLANCO, Ramn. Diseo mecnico y fabricacin de intercambiadores decasco y tubos. Escuela de ingeniera Mecnica, Universidad Industrial de Santander.Bucaramanga, Santander.

[3] SAAVEDRA PARDO, Oscar Mauricio. Proceso de fabricacin de intercambiadoresde calor. Escuela de ingeniera mecnica. Bucaramanga , Santander 1995.

[4] DOMINGO MOYA, Antonio. Diseo de equipos industriales: Tema 7:Intercambiadores de calor. Departamento de ingeniera qumica y textil, Universidad de

Salamanca. Disponible en: < http://web.usal.es/~tonidm/> [citado el 6 de septiembre del

2009]
http://web.usal.es/~tonidm/http://web.usal.es/~tonidm/

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