Unidad_2 Clasificación_ICCT

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INGENIERÍA DE MANTENIMIENTO:INGENIERÍA DE MANTENIMIENTO:INGENIERÍA DE MANTENIMIENTO:INGENIERÍA DE MANTENIMIENTO: MANTENIMIENTO BÁSICO DE INTERCAMBIADORES DE CALOR MANTENIMIENTO BÁSICO DE INTERCAMBIADORES DE CALOR MANTENIMIENTO BÁSICO DE INTERCAMBIADORES DE CALOR MANTENIMIENTO BÁSICO DE INTERCAMBIADORES DE CALOR DE CASCO Y TUBOSDE CASCO Y TUBOSDE CASCO Y TUBOSDE CASCO Y TUBOS

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Modulo I

Unidad

2

Clasificación de los

Intercambiadores de Calor

de Casco y Tubos


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TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 1

2. CLASIFICACIÓN DE LOS INTERCAMBIADORES CALOR DE C ASCO Y TUBOS .................................................................................................................... 2

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

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

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

2.4. IDENTIFICACIÓN DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR D E 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. DESIGNACIÓN ................................................................................................................... 8

2.6. BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................. 9


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INTRODUCCIÓN

Resumiendo los visto en capitulo anterior sobre intercambiadores casco y tubos, estos son equipos que consisten básicamente 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 cámara del intercambiador. Los mecanismos de transferencia de calor predominante son la convección y la conducción. Los intercambiadores de calor de casco y tubos pueden ser clasificados por la función o servicio que prestan como enfriamiento, calentamiento, condensación, evaporización, etc.

La selección de un intercambiador de un determinado tipo de intercambiador depende factores tales como la presión de diseño, temperatura de diseño, naturaleza de los fluidos y la disposición para el movimiento para el movimiento diferencial entre el casco y los tubos, antes que por la función o servicio que van a prestar [2].

Los intercambiadores de calor de casco y tubos los podemos clasificar según su tipo de cabezal, encontramos tres categorías principales:

1. Cabezal fijo o porta-tubo fijo 2. Cabezal Flotante 3. Tubos en U

Clasificación de

Intercambiadores

de Calor de Casco

y Tubos

Modulo I

Unidad

2


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2. CLASIFICACIÓN DE LOS INTERCAMBIADORES CALOR DE CASC O Y TUBOS

2.1. CABEZAL FIJO

Es el intercambiador de configuración más 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 esférica soldada; con placas tubulares tipo confinada, apernada o con placas tubulares que son bridas a la vez. La principal ventaja de la construcción I.C. de cabezal fijo es su bajo costo, debido a su construcción simple. De hecho, los I.C. de cabezal fijo son el tipo de construcción menos costosa, siempre y cuando no se requiera juntas de expansión. En este tipo de intercambiadores no se puede remover el haz de tubos.

Figura 2-1. Intercambiador de calor de Cabezal fijo o placa Porta-tubos Fija

Se usan en donde las condiciones de temperatura no generan problemas de esfuerzo térmico. Su diferencia de temperatura límite no deberá pasar de los 149ºF entre los dos fluidos, debido a que estos intercambiadores no presentan tolerancia para la expansión térmica. Por lo general no se puede limpiar mecánicamente 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 química adecuado, para limpiar el lado casco del


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intercambiador. El interior de los tubos puede ser limpiado mecánicamente al remover la cubierta de canal.

Este tipo de intercambiador es sumamente propenso a tener fallas cuando hay esfuerzo térmico severo, que producen fugas tanto internas como externas. Las internas son extremadamente peligrosas porque no son fáciles de detectar. Por ello es necesario realizar un análisis térmico considerando todas las fases de operación: arranque, normal, variaciones y anormal, para detectar y aliviar condiciones de esfuerzo térmico. 2.2. CABEZAL FLOTANTE

Es el tipo más versátil 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 restricción física 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 operación generan esfuerzos térmicos entre los tubos y las placas tubulares debido a la diferencia de temperatura de los dos fluidos, provocando una expansión térmica de los materiales, también esta indicado para servicios en los que la limpieza de tubos y/o su reemplazo son frecuentes. Hay dos tipos básicos de intercambiador de cabezal flotante. Uno emplea un cabezal flotante (es decir, deslizante) con o sin anillo divido (Split ring). La otra usa empaquetadura para permitir la expansión térmica, este se llama comúnmente intercambiador de cabezal flotante de unión empaquetada y no se usa en servicio con fluidos peligrosos o cuando las fugas pueden ser tóxicas.

Figura 2-2. Intercambiador de calor tipo Cabezal Flotante


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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 uso del cabezal canal para orientar la entrada y salida. Los tubos en U presentan cambios de dirección más 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 químicos.

Figura 2-3. Intercambiador de Tubos en U

2.4. IDENTIFICACIÓN DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR DE CAS CO Y

TUBOS (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 tendrá una letra de identificación. 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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Figura 2-4. Tipos de cabezales frontales, posteriores y cuerpo de un intercambiador de casco y tubos.

Fuente: TEMA


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2.4.1. Cabezal frontal [3]

Cabezal frontal se les llama así 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 o brida ciega. El canal y su cubierta plana son removibles. La colocación de la placa de partición es opcional, según el número 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 esférica soldada al canal. El conjunto llevara una bridad para su unión con el cuerpo del intercambiador. La colocación de la placa de partición es opcional.

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

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

� Tipo D: Este tipo de cabezal se utiliza para servicios de fluidos lado tubos con altas presiones. 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 más 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 así 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, de

menor 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 reparten el 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 se divide 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 a presentar condensación de vapores. Presenta boquillas de entrada y salida de vapor, así como de salida de condensado.

� Tipo X: Se denomina así al fluido que circula en el cuerpo en forma cruzada.

El casco más común es el E (casco de un paso), el tipo F de dos pasos es más complicada de mantener. Los tipos G, H y J se utilizan para reducir las pérdidas de presión en el casco. El tipo K es el tipo de rehervidor de caldera utilizado en columna de destilación.

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, ó 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 cubierta plana apernada, con o sin boquilla de de salida de fluido lado tubos.

� Tipo M: Es un cabezal con cubierta esférica soldada, con boquilla de salida del fluido (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 paso por tubos. El tipo S el diámetro del cabezal es mayor que el del casco y hay que desmontarlo para sacarlo.

� Tipo T: Cabezal flotante de extracción. La placa porta-tubos flotante va directamente 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 diámetro de casco para la misma superficie de intercambio.

� Tipo U: El intercambiador presenta tubos en U. no requiere placa tubular en la parte posterior del intercambiador. Este es tipo es económico, pero a la hora de mantenimiento necesita una gran variedad de tubos en stock.

� Tipo W: Placa tubular flotante con anillo externo. En esta configuración, la placa tubular flotante va apoyada entre dos bridad, teniendo un libre movimiento para absorber los efectos térmicos expansivos.

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


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2.5. DESIGNACIÓN

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

La designación de la clase se lleva a cabo por medio de letras mediante tres categorías (R, C y B) de acuerdo al grado de severidad del servicio:

� Clase R: Son intercambiadores especificados para servicios más severos en los procesos industriales petroquímicos. Principalmente se requiere seguridad y durabilidad para los equipos que estén bajo estas condiciones

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

� Clase B: Son intercambiadores especificados para servicios de procesos generales.

La siguiente designación es la de tamaño se realiza por medio de números que ayudan a identificar las dimensiones del intercambiador, como diámetro interno en pulgadas redondeado al número entero más cercano, así como la longitud recta de los tubos en pies.

La designación 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 números enteros en donde el primer número 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 diámetro 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. BIBLIOGRAFÍA [1] RABAH, Ali A. Heat Exchangers: Design, Operation, Maintenance and Enhancement. Department of chemical engineering, University of Khartoum. Khartoum, Sudan.

[2] ARIAS BLANCO, Ramón. Diseño mecánico y fabricación de intercambiadores de casco y tubos. Escuela de ingeniería Mecánica, Universidad Industrial de Santander. Bucaramanga, Santander.

[3] SAAVEDRA PARDO, Oscar Mauricio. Proceso de fabricación de intercambiadores de calor. Escuela de ingeniería mecánica. Bucaramanga , Santander 1995.

[4] DOMINGO MOYA, Antonio. Diseño de equipos industriales: Tema 7: Intercambiadores de calor. Departamento de ingeniería química y textil, Universidad de Salamanca. Disponible en: < http://web.usal.es/~tonidm/> [citado el 6 de septiembre del 2009]

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