intercambiador de calor 2011

8/3/2019 Intercambiador de calor 2011

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INSTALACIONES TERMOMECANICAS

Intercambiador De Calor

Diseadores:

Castro Fuentes, Juan Manuel

Palacios, Gustavo


2/34

Karkocki, Cristian

Requerimientos del diseoSe requieren enfriar 20m3/h de agua de 10 a 4 C utilizando etilenglicol al 20%peso en volumen, cuya temperatura se encuentra a -2 C. Su suministro es arazn de 30m3/hLas perdidas de carga en ambos lados del intercambiador no deben superarlos 100KPaAplicar factores de ensuciamiento.

Datos de los fluidos

Agua (propiedades a Tm= 7 C) Etilenglicol (propiedades al 20%P/V)

CKg

JCp

.5,4419=

CKg

J

.3900Cp =

Cm

WK

.598,0=

Cm

WK

.52,0=

sm

Kg

.10.83,1 3=

sm

Kg

.10.17,3 3=

31,1032m

Kg=

31031

m

Kg=

T1= 10 C t1= -2 CT2= 4 C t2= 2,5 C

s

Kg

s

m

h

m734,500833,020Wh

33

===s

Kg

s

m

h

m592,800556,030Wc

33

==

Tabla 1

Ubicacin de los fluidos en el equipo

El criterio que se tomo para la eleccin de la ubicacin de los fluidos en el

equipo, fue simplemente basada en el caudal de cada uno. Se opto, por lotanto, que por el interior de los tubos pase el fluido fro, o sea el etilenglicol ypor la carcasa el agua. Se pasa por alto el fecto de mayor ensuciamiento quepresenta el agua, lo que nos llevara a pensar que es mejor por dentro de lostubos; luego de comprobar el mejor funcionamiento del equipo con ladisposicin optada.

Intercambiador de Calor Instalaciones termomecnicas2


3/34

Eleccin de los tubos a utilizar

Se adopto la norma ASTM A312 Grados 304, eligiendo tubos de 3/4 de diaetronominal, los cuales presenta un dimetro exterior de De=0,0267mts y undimetro interior Di= 0,0238mts con un espesor de 2,11mm. Datos obtenidosdel fabricante de aceros Multiaceros.

Tubos

Di= 0,0238 mts.De= 0,0267 mts.

Calculo de Q(Calor necesario que se le debe extraer al agua para que pase de 10 a 4C)

WCCCKg

J

s

KgQ k152,045)410.(

.5,4419.734,5T2)-Wh.Cpa.(T1 ===

Temperatura de salida del fluido fro

CC

CKg

J

s

Kg

kWt

CpetWc

Q5,2)2(

.

3900.592,,8

3,1521

.Tfc =+=+=

Diferencia media logartmica de temperatura

C

CC

CC

CCCC

tT

tT

tTtTDTML 7,6

)24

5,210ln(

)24()5,210(

)12

21ln(

)12()21(=

+

+=

=

Para empezar con los clculos, segn el apndice 1, se supuso un

Cm

WU

.800

2

=

Con este U se calcul el rea lateral de transferencia

FtCCm

W

kW

FtDTMLU

QA

.7,6..

800

045,152

..2

==

Calculo del factor Ft

3

4

12

21=

=

tt

TTR

8

3

11

12=

=

tT

ttS



4/34

8

3

1

1.

1

1.1

/1

/1

=

= Ns

Ns

S

SRR

S

SR

Px

Ns=numero de pasos por carcasa (en nuestro caso Ns=1)

( ) ( )[ ]

( )

( )

89,0

11/2

11/2ln

.1/1ln.1

1

2

2

2

=

+

++

+

=

RRPx

RRPx

PxRPx

R

RFt

Otra forma para estimar un valor de Ft podra ser usando el grafico del

apndice 1.

2

2

75,3189,0.7,6.

.800

045,152

..m

CCm

W

kW

FtDTMLU

QA ===

Calculo del rea de flujo de cada tubo

( ) 242

2 10.45,4

4

0238,0.. m

mra ===

Calculo del nmero total de tubos(Se adopto la velocidad del agua dentro de los tubos de 1,1 m/s)

1710.45,4.1,1

00833,0

. 24

3

== m

s

ms

m

av

WcNt

Con respecto a la seleccin de la longitud de los tubos, se tuvo encuenta que los mismos se comercializan en un largo mximo de 6 mts, por loque se debe seleccionar una longitud que resulte de una divisin exacta delmismo, para de esta forma evitar el desperdicio de material.

Para este equipo se eligi una longitud de 3mts, por lo que se obtienen 2(dos) tubos por cada uno comprado.

Numero de tubos (N) por paso



5/34

1263.0267,0.

75,31

..

2

=

=mtsmts

mts

LDe

AN

Numero de pasos

817

126==

Nt

Nn

Nmero total de tubos

13617.8 ==N

Calculo de los coeficientes de transferencia

rea de flujo en los tubos

( ) 2322

10.56,78.4

0238,0..136

.4

..mts

mts

n

DiNat ===

Velocidad msica del flujo

segmts

Kg

mts

seg

Kg

at

WcGt

.4,1246

10.56,7

427,9

223===

8529

.10.48,3

.4,1246.0238,0

.Re

3

2

===

segmts

Kg

segmts

Kgmts

GtDi

Lo que asegura un rgimen turbulento

1,26

.57,0

.10.48,3.

.4279

.Pr

3

===

Cmts

W

segmts

Kg

CKg

J

K

Cp

14,0

33,08,0 .Pr.Re.023,0

=

w

Nu

Se supone en un principio1=

w

con lo que



6/34

2,95=Nu

Cmts

W

mts

CmtsW

Di

KNuhi

6,2281

0238,0.

57,0.18,95.2

===

Cmts

W

De

Dihihi

8,2033*20

==

Perdida de carga

a

w

Gt

Di

LnfPt

=

2....4

2

De nuevo se supone 1=

w

Calculo de f3

32.010.3,8

Re

125,00014,0 =+=f

2

3

2

23

.25205

1131.2

.4,1246

.0238,03.8.10.3,8.4

segmtsKg

mts

Kgsmts

Kg

mmPt =

=

2

3

22

.24084

1131.2

.4,1246

.8.4.2..4Pr

segmts

Kg

mts

Kg

segmts

Kg

Gtn =

==

kPaPtP 3,49Pr=+=

Clculo de los coeficientes de transferenciade calor y cada de presin del lado de la

carcasa

METODO DE KERN



7/34

Eleccin de la distribucin de los tubos

Como primera medida se adopto un arreglo triangular, por ser ms compactaque la cuadrada, para la disposicin de los tubos. En la figura 1 se indican laseparacin entre centros (Pt) y la separacin entre tubos (c).

Figura 1



8/34

Figura 2.

Como quedaban espacios en los pasos, se agregaron cuatro tubos.C= 5,05x10-3 mts.Pt= 0,03175 mts.

Eleccin de la carcasa

Se opto por un dimetro interior de carcasa de 21 (Di=Ds=0,5334mts).Esta carcasa de 3 mts de largo, constar de 9 bafles deflectores con B=0,3mts

(50% Di) de separacin entre uno y otro. Como se observa en la figura 3.

Figura 3.



9/34

Figura 4

rea de flujo para la carcasa

2025,003175,0

3,0.00505,0.553,0..mtsts

mts

mtsmtsmts

Pt

BcDsas ===

Dimetro equivalente

( )

( )( )mts

mts

mtsmtstsm

Det

DetPtPtDe

033,00267,0..2/1

4/0267,0.2/103175,0.86,0..03175,0.4

..2/1

4/.2/1.86,0.2/.4

2

2

=

=

segmts

Kg

mts

seg

Kg

as

WGs

.3,225

025,0

73,5

22===

4043

.10.83,1

.3,225.033,0

.Re

3

2

===

segmts

Kg

segmts

Kgm

GsDes

5,13

.598,0

.10.83,1

.5,4419

.Pr

3

===

Ctsm

W

segmts

Kg

CKg

J

K

Cp



10/34

( ) ( ) 9,811.5,13.4043.36,0.Pr.Re.36,0 33,055,014,0

33,055,0 ==

=

w

sNu

Coeficiente de transferencia

Cmts

W

mts

Cmts

W

De

KNuho

.1834

0267,0.

598,0.9,81.

2===

Perdida de carga

( )

14.0

0

2

.2

.1.

+=

Gs

DeDsNfPs B

( ) 36,04043.728,1Re.728.1 188,0188.0 === sf

( )kPa

mts

Kg

segmts

Kg

mts

mtsPs 13,21.

1131.2

.3,225

033,0

5334,0.19.36,0

3

2

2

=

+=

Correccin por viscosidad

( ) ( )( )

C

Cmts

W

Cmts

W

CCmts

WC

Cmts

W

hhi

thThTwtTwhiTwTh

o

oi

45,3

.2,1834

8,2033

25,0.

8,20337..

2,1834

....

22

22

0

0

00

=+

+

++

==

Viscosidad del etilenglicol a Tw

segmts

Kgxw

.102,3 3=

Correccin de los coeficientes de convencin por viscosidad

Cmts

W

segmts

Kgx

segmts

Kg

Cmts

Whi

.7,2056

.102,3

.10.17,3

..

8,20332

14,0

3

3

20' =

=

Viscosidad del agua a Tw



11/34

segmts

Kgxw .1083,1 3=

Cmts

W

segmts

Kg

segmts

Kg

Cmts

Wh

.5,1837

.10.83,1

.10.83,1

..

39,15832

14,0

3

3

20' =

=

Calculo del coeficiente total de transferencia

Cmts

W

W

Cmts

W

Cmts

Cmts

W

Cmts

WU

hhi

U ei

.35.831

.10.86,0

.10.86,0

.8,5,1837

1

.7,2056

1

ReRe11

2

1

24

24

22

1

0'

0'

+++=

+++=

Nuevo calculo del rea

2

2

2,27

7,6..

7,831

152

.mts

CCmts

W

kW

TU

QA ==

=

Exceso de rea %7,161,27

2,2775,312

22

=

=mts

mtsmts

Hay factores que afectan el diseo que no son considerados en este mtodo,tales como, caudales de by-pass y fugas, distribucin de tubos y efecto dedistorsin de los perfiles de temperatura.

Tales factores si son considerados en el mtodo de Bell,

MTODO DE BELL

=Sm rea de flujo cruzado( ) ( ) 20 032,03,0.0267,0.16553,0.. mtsmtsmtsmtsBDNDsSm CL ===



12/34

=Gm Velocidad msica

segmts

Kg

mts

segKg

Sm

WGm

2297,179

032,0

734,5

===

8,2625

.1083,1

0267,0.37,151.

.

.Re

3

200 ====

segmts

Kgx

mtssegmts

Kg

DGm

Sm

DWm

5,13

.598,0

.

1083,1

.

5,4419

.Pr

3

===

Cmts

Wsegmts

Kgx

CKg

J

KCp

Del grafico 2del apndice se obtuvo, con el valor de Rem, un valor de j03,0=j

Correccin por by-pass

=BPF Fraccin de by-pass( )( )

( )( )287,0

032,0

3,0.0267,003175,0.116533,0

..1 0

=

=

mts

mmmSm

BDPtNDsF CLBP

De la tabla de la pagina 85 del CAO5.1=

( )

=3

21.

Nc

NsFBP

eh

Ns es igual al numero de pares de dispositivos de sellado del banco de tubos

Se lo supone igual a cero para hacer una aproximacin65,04712,0.5,.1. === eeh BPF

Como el factor de correccin de by-pass es bajo, reduciendo a la mitad elcoeficiente de transferencia. Se colocan tres pares de planchuelas de selladopara mejorar este factor.

Correccin por ventana

161,0136

22

=== NN

rWT



13/34

r= nmeros de tubos en la ventana libre.=WS rea de flujo en la ventana

( ) 2202 108,04...

22.2

360.

4mts

DNCB

DDsen

DS WT

SSS

W =

=

12,1..524,0103,0

32.0 =

+=Sw

Smrr

Correccin por fugas

=TBS

rea de fuga tubo-baffle.=TBN Numero de tubos que atraviesan el bafle.

( ) 23202 108,7.4

* mtsxDDNS BTTBTB==

=SBS rea de fuga baffle-coraza.

[ ] 2322 105,2.4360

360mtsxDDS BSSB

=

=

=LS rea total de fugas.231032,10 mtsxSSS

SBTBL

=+=

32,0032.0

1032,102

23

==

mts

mtsx

Sm

SL

[ ] 24,01.1,032,0.45,01.1,0.45,01 32,0.3030

0

=+=

+=

ee

Sm

S

h

hSm

S

L

NL

L

L

305,0

1032,10

105,2.2108,724,0

.211

23

2323

0

=+

=+

=

mtsx

mtsxmtsxx

S

SS

h

h

h

h

L

SBTB

NL

L

NL

L

695,0305,01 ==NL

L

h

h

Calculo del coeficiente de carcasa



14/34

( ) ( )Cmts

Wx

segmts

Kg

CKg

J

h

hhGCpjh

NL

Lw

m

.75,2135695,0.

1

65,012,1.1.5,13.79,179.

.5,4419.03,0

.Pr...

2

3/2

2

14,0

3/2

=

=

Perdida de carga en la carcasa

=f Factor de friccin=CN Nmero de filas de tubos entre bordes de bafles consecutivos

( )m

w

mcB GNPf

=

24/.2

Tambin se puede estimar el valor de f con el grafico 2de apndice. En el cualentrando con Rem se obtiene un f=0,4.

Correccin por fugas

65,0287.0.5.1. === eeh BPF

Perdida de carga en un deflector sin fugas

( )2

3

2

214,02

4,130

10322

65,0.1.9,179.8.4,0.4

.2

/.4

mts

N

mts

Kgx

segmts

Kg

pGNfp wmcBP =

=

=

Perdida de carga en la ventana

=ZV Velocidad media

seg

mts

mtsmtsmts

Kgs

Kg

SS

WV

mw

Z 11,0

032,0.108,0.1,1032

734,5

. 223

===



15/34

( ) ( ) 2

2

32

84,252

11,0.1,1032

.88,3.6,022

.6,02 mts

Nseg

mts

mts

Kg

VNp

zww =

+=+=

Siendo

88,38,0 ==

BCNw

( ) 0275,060. == senPt

Correccin por fugas

( )[ ] 454,01.27,032,057,0

20exp127,057,01

32,0.20

0

=+

+=

ex

S

S

S

S

p

p

M

L

M

L

NL

L

564,0103,10

105,2.2108,7454,0

2.11

23

2323

0

=+

=+

=

mtsx

mtsxmtsxx

S

SS

p

p

p

p

L

SBTB

NL

L

NL

L

436,0=

NLL

p

p

Perdida de carga total del equipo

( )[ ]

( ) 2222 03.943436,0.84,2594,130.198

88,3

1.4,130.2

112

mts

N

mts

N

xmts

N

mts

N

p

ppNpN

N

Npp

NL

LwBBPB

c

wBPS

=

++

+

++

+=

Verificacin del rea de transferencia



16/34

Cmts

WU

W

Cmts

W

Cmts

Cmts

W

Cmts

WU

hhiU ei

.46,883

.10.86,0

.10.86,0

.75,2135

1

.8,2033

1

ReRe11

2

1

24

24

22

1

0

=

+++=

+++=

2

2

6,25

7,6..

6,883

152

.m

CCmts

W

kW

TU

QA ==

=

Exceso de rea %246,25

6,2575,312

22

=

=mts

mtsmts

CCLCULOLCULOMMECNICOECNICO



17/34

IINTRODUCCINNTRODUCCIN

Se realiza el diseo, la eleccin de los materiales y la verificacin de

cada uno de los componentes del intercambiador bajo la norma ASME seccin

VIII, a la que hace referencia como complemento la norma TEMA.

CCLCULOLCULODEDELOSLOSELEMENTOSELEMENTOS

TUBOS

Los tubos del intercambiador por donde circular el Etilenglicol se

fabrican de AISI 310. Se elige este material por su excelente resistencia a la

corrosin, presenta facilidad de soldadura tanto elctrica como por autgena y

posee tambin relativamente buena maquinabilidad. Se verifica que dicho

material soporte las tensiones existentes en el intercambiador. Consideramos

que las presiones de entrada para los fluidos son de 8 Kg/cm2 para el

Etilenglicol y de 65 Kg/cm2 para el Agua.

( )( )

222

22

22

221

rRR

RRpp

RR

RpRp

ie

ei

ei

ie

eeii

+=

Donde

pi: presin interna

ri: radio interno

pe: presin externa

re: radio externo



18/34

En el punto ms crtico se obtiene

Mpa69

Si le aplicamos un factor de seguridad de 3,5 como establece las normas

ASME se tiene

Mpa242

El material que se elige tiene una tensin a la fluencia de 285 Mpa por lo

que resististe perfectamente los esfuerzos.

El alargamiento se calcula mediante valores obtenidos en tabla con la

caracterstica de dichos elementos. El valor de alargamiento 0,25 mm, con el

este valor no se necesitara una junta de expansin.

CARCASA

Se calcula el espesor de la carcasa sometida a presin interna segn

ASME seccin VIII, Divisin 1, teniendo en cuenta que el fluido en la carcasa

es el agua.

El material a utilizar se selecciona basndonos en la Tabla UCS-23

(pgina 156). Se adopta un acero al carbono cuya especificacin segn ASTM

es A-216-WCB. La tensin admisible de dicho material es de S= 17400 [psi],

asegurando que conserva sus propiedades mecnicas en un rango amplio de

temperaturas.

Siendo:

P: presin de trabajo= 955,5 psi

S: tensin admisible del acero al carbono= 17400 psi

E: factor de junta= 0,85

R= radio interno de la carcasa= 10"

El cdigo distingue entre cascos cilndricos de pequeo o de gran

espesor



19/34

Denominando de pequeo espesor a los que cumplan con la siguiente

condicin:

P< 0,385*S*E

P= 955,5 [psi] < 0,385*S*E

P=955,5 [psi] < 5694,15[psi]

Con lo cual:

Calculamos el espesor mnimo requerido mediante la ecuacin para

cascos cilndricos de pequeo espesor:

t= P*R/(S*E-0,6*P)

t= 0,70(in)= 17,92 mm

Se adoptara un espesor de corrosin (C), segn las normas, de 1/8.

Obteniendo entonces un espesor para la carcasa de

t= 0,825 (in.)= 20,955 (mm)

Finalmente adoptamos:

t= 7/8= 22,23 mm

Independientemente del valor obtenido, la norma TEMA exige el respeto

de espesores mnimos dados en la tabla CB- 3.13 (pgina 30).

Segn esta tabla para un dimetro nominal de carcasa entre 13-23

corresponde, para un acero al carbono, un espesor t= 5/16= 7,9 (mm) con lo

cual el espesor calculado anteriormente cumple ampliamente con lo querequiere esta norma.

Se debe tener en cuenta que, como la cara interna de la carcaza est en

contacto con agua, aparece en este elemento el problema de la corrosin. Por

este motivo, como la carcaza se realiza de acero al carbn, se pintan en su

parte interior con pintura epoxy y se colocan nodos de sacrificio.



20/34

CABEZAL

Los cabezales se evalan conforme a la ASME VIII, teniendo en cuenta

que en dichos elementos circula el etilenglicol.

Se utiliza un cabezal elptico por lo que se usa las ecuaciones de

espesor requeridos dadas en UG-32.d. La presin de diseo se toma segn la

norma como

Pdis= 1.5 P

Se utiliza un acero al carbono con una especificacin segn ASTM de

A-216-WCB. Al seleccionar el mismo material que se utiliza en la carcasa noexisten problemas de compatibilidad de soldadura.

Entonces el espesortse calcula como sigue:

t= Pdis * Dc / (2 * S * E - 0.2 * Pdis)

Siendo:

Pdis: presin de diseo=176,4 [psi]

P: presin de trabajo= 117,6 [psi]

Dc = dimetro de carcasa=22 [in]

E= factor de junta =0,85 (radiogrfico spot)

S= tensin admisible del acero al carbono= 17400 [psi]

Entonces se obtiene:

t= 0.13 [in]



21/34

DISEO DE INYECTORES(BRIDA) DE CARCASA-TUBERA

TAMAO DE LAS BRIDAS:

Para la determinacin de los inyectores se calcula el dimetro del

agujero en la carcasa por el cual circular el fluido correspondiente al agua,

teniendo en cuenta que este dimetro se debe calcular para velocidades

similares a las que posee el fluido dentro de la carcasa para evitar

aceleraciones y fluctuaciones que puedan producir vibraciones perjudiciales en

los tubos.

s

kgmsicocaudalW 734,5==

sm

kgmsicavelocidadGS 21,216==

incmiG

w

s

092,718p

2int ===

Con el valor de la presin y la temperatura de trabajo se determina por la

tabla 2-1.1 de las normas TEMA (pgina 186) el valor de 400 LB FLANGES.Por lo tanto, se ingresa a la tabla D-3 de las normas TEMA,

correspondiente a 400LB FLANGES y para el dimetro calculado anteriormente

se obtiene:

fluido int A T L (cuello D al numero y



22/34

p/soldar) centrotamao deagujeros

(in) (in) (in) (in)

delperno(in) ( N- in)

Agua 8 15 1 7/8 1 11/16 13 12-1 1/8

Mediante el uso de la tabla D-5 de las normas TEMA (pgina 188), se

determina las caractersticas de los tornillos.

Ro

scaDimensiones de

cabezadistancias

libresdistancia entre

pernos

perno

N dehilos

rea(cm2

) (mm)(

mm) (mm)

A B

C D E1 " 8 3,55 41,275 45,62 34,93 26,99 26,99 57,15



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DISEO DE INYECTORES DE ENTRADA Y SALIDA DEL CABEZAL

Se utiliza el mismo procedimiento que en el caso anterior pero en este

caso se calcula para la circulacin del etilen, teniendo en cuenta la velocidad

en los tubos.

s

kgmsicocaudalW 592,8==

sm

kgmsicavelocidadGS 24,1609==

incmnG

w

s252,326,82int ===

Con el valor de la presin y la temperatura de trabajo se determina por la

tabla 2-1.1 de las normas TEMA el valor de 400 LB FLANGES.

Por lo tanto, se ingresa a la tabla D-3 de las normas TEMA,

correspondiente a 400LB FLANGES y para el dimetro calculado anteriormente

se obtiene:

Fluido int A T L (cuellop/soldar)

D alcentro

numero ytamao deagujeros

(in) (in) (in) (in)

delperno

(in) (N- in)Etilenglicol 3 1/2 9 1 3/8 1 15/16 7 1/4 8-1

Mediante el uso de la tabla D-5 de las normas TEMA, se determinan lascaractersticas de los tornillos.

R

oscaDimensiones de

cabeza distancias libres

distanciaentre

pernos

pernoN dehilos

reacm2 (mm)

(mm)

(mm

7/8 9 2,70 A B C D E

36,51 40,36 31,75 23,81 23,81 52,39BAFLES



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Para dimensionar el espesor de los bafles se utiliza la norma TEMA, en

la cual se ingresa con el dimetro de la carcasa y la separacin de tramos no

soportados de tubos. Para nuestro caso, en que el dimetro de carcasa est

ubicado entre 15 y 28 y la separacin de tramos no soportados de tubos es

menor que 24, la norma sugiere un espesor mnimo de 3/4. Por este motivo

se estableci un espesor de 20 mm.

Para la fabricacin de los bafles se decide utilizar el mismo material del

cabezal, A-216-WCB.

En los bafles se marcan 118 agujeros correspondientes a los tubos.

Segn Norma los agujeros deben ser de 1/64 mayores al dimetro externo de

los tubos o sea de 26.67 + 0.4 mm. Se corta por una lnea horizontal que

demarca el 25% del rea y en caso de ser de paso superior se deber realizar

un corte en la chapa para permitir la circulacin del lquido en caso de tener

que realizar un vaciado del equipo.

El dimetro del baffle debe ser por norma 4,5 mm menor que el dimetro

interno de la carcasa (554,3 mm)

En la chapa se marcan las dimensiones que indican los cortes de bafle,

seccionado horizontal a 0,11 mm del dimetro, los agujeros por los que

pasarn los tubos y el corte de drenaje para la circulacin del fluido en caso de

salida de servicio.

Para proceder al agujereado de los mismos se tiene en cuenta el huelgo

que existe entre el bafle y los tubos, que la norma TEMA establece en 1/64

superior al dimetro exterior del tubo. Entonces los agujeros en el bafle tendrnun dimetro de 27,04 mm con una tolerancia de 0,1 mm.



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ESQUEMADEDISTRIBUCINDE BAFLES

BARRAS SEPARADORAS

Se establece, siguiendo las recomendaciones de la norma TEMA, la

colocacin de 6 barras separadoras de de Acero al carbono, debido al

tamao de la carcasa, que es de 22. Los tubos separadores deben ser

enhebrados de forma intercalada con los bafles, tendrn un dimetro de 3/4 y

un largo de 300 mm.

PLACA PORTA TUBOS

La placa porta tubos se disea para un total de 140 tubos, en ocho

pasos, con arreglo en tringulo. Los tubos son de Schedule 40 y se fijaran a

la placa por mandrilado.



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La Norma Tema indica que siempre que la presin sea mayor de 300

psi, las juntas deben ser del tipo metlicas. Para grandes dimetros las juntas

deben tener un espesor mnimo de in.

SOLDADURAS

Todas las soldaduras deben ser realizadas por personal calificado, las

soldaduras sern a filete en las bridas debido a su pequeo dimetro y la

dificultad de ingresar el electrodo. A su vez el proceso de soldadura de la

carcasa ser doble filete (sobre ambos lados y con fusin total) y seinspecciona bajo Radiografa parcial (spot) lo que da un factor de soldadura de

0,85.

VLVULA DE DRENAJE

Para una mayor facilidad de vaciamiento del intercambiador, debe estar

provisto de una vlvula de drenaje, la cual esta ubicada en la parte inferior de la

carcasa y para una mejor evacuacin de los fluidos el intercambiador est

inclinado un cierto ngulo, en este caso 5, donde la vlvula de drenaje se

ubica en la parte ms baja.

Es importante que en la parte inferior de los deflectores hayan ranuras

de modo tal que cuando se haga el desage no quede fluido atrapado entre los

bafles.

GANCHOS PARA TRASLADO DEL EQUIPO

El intercambiador poseer cuatro ganchos en la parte de la carcasa para

el traslado de la unidad y su colocacin.



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PPUESTAUESTAENEN MMARCHAARCHADELDEL IINTERCAMBIADORNTERCAMBIADOR DEDE CCALORALORPORPORLALA NNORMAORMA TEMATEMA

Para la puesta en marcha de los intercambiadores de calor se deben

cumplir los siguientes puntos, segn especifica la Norma TEMA, Seccin 4 E-3:

Condiciones de Operacin: El equipo no debe ser operado en

condiciones que excedan las condiciones de diseo. Ya que esto pondra en

riesgo el sistema, y a quienes se encuentren en el rea de operacin.

Operacin de Puesta en Marcha: La puesta en servicio comienza con la

circulacin del medio ms fro, seguido por una gradual introduccin del medio

mas caliente. Esto se realiza para evitar choques trmicos. Para el llenado del

equipo se deben abrir las vlvulas de venteo, o vlvulas de despurgue.

Operacin de Parada: Se comienza con la restriccin gradual del fluido

ms caliente hasta su totalidad, y recin ah se para el flujo del fluido mas fro.

Luego la unidad debe ser drenada para evitar congelamiento o corrosin. Parareducir al mximo la cantidad de agua retenida luego del drenaje, se presuriza

la carcasa con aire desde la parte superior.

Golpes de Temperatura: El fluido caliente no debe ser introducido

rpidamente cuando la unidad esta fra, ni el fluido fro cuando la unidad esta

caliente. Los intercambiadores no deben ser expuestos a abruptas

fluctuaciones de calor ni choques trmicos que puedan producir tensionesexcesivas por dilatacin o contraccin.

Bridas Abulonadas: Los intercambiadores son testeados a la presin

antes de dejar el lugar de fabricacin de acuerdo con los requerimientos del

Cdigo ASME. Sin embargo la fluencia de las juntas puede ocurrir entre la

prueba y la puesta en marcha. Por lo tanto las bridas del intercambiador

pueden requerir un reaprieto de los bulones despus de que haya alcanzado la

temperatura de trabajo.



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Procedimiento recomendado de apriete de la brida:



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VVERIFICACINERIFICACINDEDELALASEGURIDADSEGURIDADDELDELEQUIPOEQUIPO

PRUEBA HIDRULICA

Segn la norma TEMA, el intercambiador debe ser ensayado

hidrostticamente con agua. La presin de ensayo debe ser mantenida por al

menos 30 minutos. El lado de tubos y el lado de carcasa deben ser ensayados

separadamente de manera que las prdidas de las uniones de los tubos

puedan ser identificadas al menos de un lado. La presin debe ser constante e

igual a 1.5 veces la presin de diseo. Deber ser de 97,5 Kg/cm 2 para la

carcasa y 12 Kg/cm2 para los tubos.

VLVULAS DE SEGURIDAD

Para la proteccin del intercambiador diseado se tienen que controlar

las temperaturas y presiones de los fluidos tanto en la entrada como en la

salida. Esto permite que en caso de falla se pueda identificar claramente el

origen de la misma, ya sea en el interior o exterior del intercambiador. Con estose busca evitar que ambos fluidos se mezclen como as tambin evitar una

rotura de mayor ndole.

Por eso se colocan termostatos y presostatos, uno en cada una de las

bridas, los cuales se regulan sobre rangos mximos y mnimos acordes a

especificaciones:

PARATEMPERATURAS:

Temperatura de ingreso del agua: 7C 9C.

Temperatura de salida del agua: 1C 4C.

Temperatura de ingreso del etilenglicol: -3C 1C.

Temperatura de salida del etilenglicol: 2C 3C.



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PARAPRESIONES:

Presin de ingreso del etilenglicol: 7 Kgf/cm2 8 Kgf/cm2Presin de salida del etilenglicol: 7 Kgf/cm2 8 Kgf/cm2

Presin de ingreso del agua: 60 Kgf/cm2 68 Kgf/cm2

Presin de salida del agua: 60 Kgf/cm2 68 Kgf/cm2

En el momento en que se detectan mediciones fuera del rango

establecido, tanto en termostatos como presostatos, estos dispositivos emiten

seales de alerta al pupitre de control para alertar al personal tcnico de laanomala.

En las entradas del intercambiador se colocan vlvulas liberadoras de

presin que se regulan a los valores mximos permitidos por diseo, en caso

de ser superada dicha presin se prev la liberacin del fluido en un recipiente

apto para dicha tarea:

Valor mximo de Presin del Agua en la entrada: 70 Kgf/cm2

Valor mximo de Presin del etilenglicol en la entrada: 9 Kgf/cm2

MMANTENIMIENTOANTENIMIENTODEDELALAUNIDADUNIDAD

El mantenimiento de la unidad debe ser regular de modo de poder

asegurar la seguridad de la gente que trabaja con la misma, como as tambin

mantener una buena eficiencia. Dentro de los controles para la seguridad, est

el control de la vlvula de seguridad, la misma es la encargada de liberar el

exceso de presin llegado el caso de que fuese necesario. Es importante

revisar que la vlvula no se encuentre soldada o trabada. Una vez seguros de

que el mbolo puede desplazarse libremente hay que revisar el resorte, y el

caudal que es capaz de liberar de modo de que evite una explosin llegado el

caso de que tenga que entrar en accin.

Es importante controlar el correcto funcionamiento de los termmetros y

manmetros, integrados al puesto de control. Para esto se deber ver en los

manuales de los distintos dispositivos de control, los mtodos de verificacin de



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los mismos. Esto es fundamental dado que mediante el control de estos

parmetros se puede analizar cmo se est comportando el intercambiador. De

esta manera, una variacin excesiva de los valores de presiones iniciales con

los que se estn registrando ser el indicio de un nivel de incrustaciones en los

tubos que estara alterando el rendimiento mecnico del intercambiador. Por

otro lado, en el caso de las temperaturas una variacin de las mismas con el

tiempo indicara un elevado nivel de suciedad dentro los tubos lo que disminuye

considerablemente la eficiencia trmica.

Limpieza: dado que es un intercambiador de un solo paso en carcaza, lo

que simplifica el diseo y disminuye costos de fabricacin, la limpieza de los

tubos (que este caso es la ms circunstancial) se lleva a cabo en forma

mecnica, mediante cepillos. Este tipo de limpieza tiene una alta eficiencia en

el removimiento de incrustaciones por lo que es una prctica muy

recomendable. Es preciso, sin embargo, que la tarea sea realizada por

personas instruidas para preservar la integridad de los tubos. Tambin es

importante tener en cuenta que las varillas de limpieza son obviamente un poco

ms largas que los tubos, por lo que es imprescindible que est este lugar

disponible para efectuar las maniobras. En cuanto a la limpieza de la parte

interior de la carcasa (exterior a los tubos), no puede realizarse en forma

mecnica debido a la imposibilidad para desarmarlo la nica alternativa es la

utilizacin de limpiadores qumicos. Algunos de los cuales vienen en forma de

espumas, las cuales se hacen circular a una presin y temperatura

recomendada por el fabricante. Otro mtodo posible, pero reservado a nivelesde incrustaciones bajos, es la utilizacin de un flujo tibio de agua destilada a

alta velocidad.

xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

Reemplazo de Juntas: Las juntas y las superficies de las juntas deben

ser limpiadas y mantenidas libres de ralladuras y otros defectos. Si la

composicin de la junta tiene un aspecto seco no ofrecer un sello efectivo al

reutilizarla. La deformacin producida en juntas de metal hace desaconsejablesu reutilizacin. Por ello cuando un intercambiador es desmantelado es



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recomendable el ensamblaje con nuevas juntas para evitar prdidas o daos

en los asientos de las juntas

Piezas de repuesto: El recambio de piezas por parte del fabricante ser

facilitado si este especifica cada pieza con el nombre correcto (Norma TEMA,

Seccin 1, Tabla N-2), su nmero de serie, tipo, tamao y dems informacin.

Todas las recomendaciones anteriores se basan en lo especificado en la

Norma TEMA, Seccin 4 E-4.



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APENDICE

Apndice 1

INTERCAMBIADORESFluido caliente Fluido fro U (J/s.m2.K)

Agua Agua 800-1600Solventes orgnicos Agua 250-750

Gases Agua 15-250Aceites livianos Agua 350-900Aceites pesados Agua 60-250

Solventes orgnicos Aceites livianos 120-400

Agua Salmuera 600-1200Solventes orgnicos Salmuera 150-500Gases Salmuera 15-250

Solventes orgnicos Solventes orgnicos 120-35Aceites pesados Aceites pesados 45-250

Grafico 1



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Grafico 2

BIBLIOGRAFA

Intercambiadores de calor, Eduardo CaoHandbook of Heat Transfer, Robsenow y Hartmett, Mc Graw HillNorma TEMANorma ASME, seccin VIIINorma ASTM

intercambiador de calor 2011

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