Presentado por:

John Ardila BarriosLuis Molina CantilloJessica Romero Fontalvo

Ingeniería Química

Universidad del Atlántico

Intercambiadores de placas

Transferencia de Calor II

INTERCAMBIADORES DE PLACAS(Programas para diseño y costos)

Los intercambiadores de calor de placas se componen de un conjunto de placas acanaladas montadas. Entre las placas hay dos canales con un medio frío y otro caliente. Éstos fluyen por cada lado de las placas y circulan a contracorriente. A continuación se presentaran diversos software para el cálculo de propiedades y dimensiones del intercambiador:

SOFTWARE DE CÁLCULO Y DISEÑO

Swep software package (SSP):

SSP es un software exclusivo para realizar cálculos avanzados de intercambio de calor. El software se encarga del motor monofásico, el condensador, evaporador, cálculos en cascada y aplicaciones en dos estadios. Solo basta introducir los datos y SSP presentará de inmediato el concepto de producto que mejor se adapte a las necesidades del usuario. 

El programa SSP fue diseñado por la empresa SWEP con la intención de calcular el(los) intercambiador(es) que mejor se adapten a la situación que se está estudiando y así mismo evaluar la confiabilidad y eficacia que el mismo ofrece.

Desarrollado para realizar cálculos complicados y con una interfaz intuitiva para el usuario, el programa se ha convertido en una eficaz herramienta para ingenieros de todo el mundo y se encuentra disponible en varios idiomas.

SSP está disponible en dos versiones: SSP G7 y SSP Online. SSP G7 es la versión autónoma completa que puede instalar en el ordenador. SSP Online es una versión de menor potencia para navegadores como Internet Explorer 9, Firefox o Chrome. Está disponible las 24 horas, siempre actualizada y permite guardar los cálculos en línea.

Uso del programa:

Luego de instalado el programa es necesario registrar un usuario para activar la licencia completa del mismo, este procedimiento demora 7 días en hacerse efectivo; mientras, el programa se puede utilizar en su versión demo.

En esta versión las opciones son más limitadas, solo trabaja para intercambiadores de calor de placas con sustancias en una sola fase, puesto que las demás opciones (condensadores, evaporadores, etc.) se activan junto con la licencia del programa.

Al ejecutar el programa en la versión demo, se obtiene una ventana como la que se muestra a continuación:

En la versión completa la interfaz tiene la siguiente distribución:

Para la situación que se está estudiando se selecciona la opción Single Phase, y luego se abre una interfaz nueva, en la parte izquierda de la misma aparecen las distintas opciones para cada tarea que se va a realizar. El panel mencionado es como es de la figura:

Como se observa, en la parte superior hay 3 opciones: “Design”, ”Performance” y “Rating”. La primera opción permite seleccionar un equipo adecuado para las condiciones que se especifiquen. Las otras dos permiten la evaluación de equipos existentes.

Para analizar la opción de “design”, el programa cuenta con una gran base de datos donde aparecen todo tipo de sustancias, para el ejemplo se utiliza agua en ambas corrientes. Es necesario especificar las temperaturas de entrada y salida en ambas corrientes, el valor de la transferencia de calor o en su defecto el flujo másico de alguna de las dos corrientes y si se desea también se puede añadir un valor para el factor de ensuciamiento, luego de esto se presiona el botón calcular y el programa arroja los siguientes

resultados:

Aquí aparecen los distintos equipos capaces de cumplir con las especificaciones, estas opciones van organizadas desde la más hasta la menos eficiente. Como se puede ver en la imagen anterior, en la parte inferior hay unas pestañas, las cuales despliegan otras opciones. Al abrir la que dice “Dimensional Data” aparece lo siguiente:

En este panel se muestran las especificaciones para los distintos equipos que el programa sugiere.

En la tercera pestaña se muestran otros datos, que van ligados a los datos del intercambiador.

En la parte del programa correspondiente “performance”, se evalúan equipos existentes, para esto se deben especificar solo una de las temperaturas de salida y ambas de entrada, el valor de transferencia de calor, la cantidad de pasos, el número de placas que tiene el intercambiador y el modelo del mismo (Como en el caso de diseño, no es obligación agregar un valor para el factor de ensuciamiento). Los resultados obtenidos luego de especificar cada uno de los parámetros mencionados se muestran de la siguiente de manera:

Aquí se especifican todos los valores del intercambiador, en la primera categoría aparecen los datos del intercambiador, aquí se puede conocer la temperatura máxima de salida del intercambiador y con este parámetro se puede determinar la eficiencia del intercambiador. Tambien, se pueden conocer las dimensiones del intercambiador y las especificaciones del mismo.

En la opción de “Rating” se puede determinar la caída de presión de todo el intercambiador junto con el valor para oversurfacing. Esto se hace seleccionando la opción “Rating” y se deben especificar los parámetros correspondientes a las temperaturas de entrada y salida, la cantidad de calor transferida o el flujo masivo de alguna de las corrientes, el número de pasos y placas en el intercambiador y el modelo del mismo. Se obtienen resultados como los siguientes:

Aquí se pueden leer los parámetros deseados para el intercambiador.

El programa permite realizar muchas más operaciones, entre esas está el cálculo para múltiples intercambiadores, cálculos para cambio de fase, etc.; sin embargo, las mencionadas anteriormente son los principales en objetivos de la investigación realizada.

PROGRAMA: ChemCad

CHEMCAD es la herramienta más completa para el cálculo de balances de masa, energía, equilibrios químicos, dimensionamiento, comportamiento de intercambiadores de calor, torres de destilación, bombas, compresores, tuberías, válvulas, reactores químicos, entre otros equipos de proceso. CHEMCAD es fácil de aprender, y ha ayudado a miles de empresas a generar resultados rápidos y confiables.

El programa fue diseñado por Chemstations, uno de los proveedores internacionales más importantes dedicado a la simulación de procesos en el ámbito de la ingeniería química.

El software CHEMCAD permite crear de manera interactiva diagramas de circulación de materiales, simular todos los procesos fundamentales, incluidos los procesos de regulación, y visualizar una representación gráfica de los resultados. El programa cuenta con una amplia base de datos de materiales, diversos modelos termodinámicos e interfaces abiertas para MS-Excel y VBA.

Uso del programa:

El uso del programa es sencillo, bastante similar al uso de Hysys y permite el uso de sustancias ya existentes en la base de datos del mismo. En la opción de “Sizing” se puede escoger el tipo de intercambiador a utilizar. En “Format” se elige el tipo de unidades que se desean manejar en “Engineering units” y en “Thermophysical”, los componentes con los que trabajará el intercambiador.

El siguiente es un ejemplo para un caso típico.

Ejemplo:

Se desea enfriar una corriente de proceso que contiene 200 kg/h de glicerol a 150°C y 2,5 atm, mediante un intercambiador de calor de placas que utiliza una corriente auxiliar de enfriamiento a 10°C y 2 atm, determine la cantidad de agua fría que se requiere para lograr enfriar la corriente de proceso de 150 a 60°C, sabiendo que la corriente auxiliar sale del intercambiador a

50°C, también determine el calor requerido por el intercambiador.

Inicialmente fue necesario especificar la corriente 1 con los datos suministrados por el ejercicio y la parte conocida de la corriente 3, para luego proceder a calcular lo que exige el ejercicio.

Haciendo doble click sobre el intercambiador aparece la siguiente ventana, donde al ingresar los datos correspondientes a las temperaturas de salida, calcula el flujo necesario de agua.

Cuyo valor es de 232,4564 kg/h. También hace el cálculo correspondiente a la MLDT entre otros valores.

Como fue expresado anteriormente, en la opción de Sizing se puede escoger el tipo de intercambiador deseado, en este caso, un intercambiador de placas (plate).

Al terminar con el ingreso de datos, se corre el programa en la opción “Run” y a su vez este despliega un WordPad con toda la información de las corrientes especificadas.

OTROS PROGRAMAS:

Danfoss HeXact:

Encontrar el tipo de intercambiador de calor más adecuado nunca debería ser un problema. Por tal motivo, se han desarrollado múltiples herramientas en línea que facilitan el proceso de selección. Las herramientas de selección de intercambiadores de calor ofrecidos por Danfoss, que abarcan desde elementos sencillos como la guía de correlaciones y selección rápida hasta el completo software HeXact, son muy sencillas de utilizar, Únicamente se deben introducir algunos parámetros básicos y el avanzado sistema se ocupará de arrojar los resultados óptimos para el problema que se ha planteado.

Alfa Laval Arctigo:

Alfa es la herramienta de cálculo de intercambiadores más completa del mercado. Gracias a este software se puede garantizar los rendimientos exigidos de cada instalación.

Este software está conformado por un grupo de herramientas que permiten la selección y configuración de los intercambiadores de calor de aire, las herramientas son AlfaSelect Air, HelpmanSelect y FincoilSelect, las cuales Ayudan a crear soluciones personalizadas, facilitan la selección y le ofrecen un control total en todas las fases del proceso. 

FincoilSelect está dedicado a todos los productos Fincoil; HelpmanSelect cubre la gama completa de Helpman; y AlfaSelect Air es la herramienta de selección de todos los demás intercambiadores de calor de aire Alfa Laval. Y estas tres herramientas integran el software para el desarrollo de una única herramienta de última generación que agrupe todos los productos de aire Alfa Laval.

Aspentech:

Aspen Plate Fin Exchanger es la última generación de software de diseño térmico para el diseño, simulación, y la calificación de los intercambiadores de placa de aleta.

Intercambiadores de calor de placa de aleta son vitales para el funcionamiento rentable de muchas aplicaciones modernas de procesamiento de gas.

Xphe:

X phe es el estándar de la industria para el diseño, calificación, y la simulación de intercambiadores de calor de placas y marcos.

Características

X phe maneja prácticamente cualquier dispositivo de placa-pack. Calcula perfiles locales para la transferencia de calor y la caída de presión. Proporcionan detallados informes de resultados. Herramientas de visualización extensas muestran exactamente cómo el

intercambiador está funcionando. Sistema integrado por propiedades físicas que no necesitan requerimientos de

software adicionales. Xchanger Suite incluye VMGThermo ™, un extenso y riguroso generador de propiedades físicas de fluidos.

X phe se integra con otras herramientas de ingeniería, tales como simuladores de procesos y el cumplimiento CAPE-OPEN que garantiza la más amplia gama de compatibilidad con otra simulación de procesos y software de propiedad física.

Tanto de entrada y de salida de soporte de múltiples conjuntos de unidades y conjuntos de unidades personalizadas pueden definirse.

COSTOS DE INTERCAMBIADORES DE PLACAS

Para realizar la cotización del intercambiador de placas se hizo uso de una página web la cual contiene un software generador de precios ajustado a los precios reales del mercado en Colombia, llamado software para Arquitectura, Ingeniería y Construcción creado por CYPE Ingenieros, S.A. Esta una empresa que desarrolla y comercializa software técnico para los profesionales de la Arquitectura, Ingeniería y Construcción.

El software Generador de precios es el camino más directo para llegar al coste real de un proyecto, ya que permite la obtención de costes de construcción ajustados al mercado. Además, facilita la elaboración de una documentación de calidad, útil para las distintas fases del ciclo como estudios previos, anteproyecto, proyecto básico y de ejecución, dirección y ejecución de la obra, uso y mantenimiento, deconstrucción y reciclado final. Incluye productos de fabricantes y productos genéricos. 

A diferencia de otros bancos de precios, el generador de precios de la construcción de CYPE Ingenieros tiene en cuenta las características concretas de cada obra para generar precios específicos para el proyecto que se está presupuestando. 

La cotización es la siguiente para la empresa Buderus la cual pertenece a la cartera de marcas de la empresa Bosch Termotechnik:

El primer modelo es Intercambiador de placas de acero inoxidable AISI 316, potencia 20 kW (temperatura de entrada del agua del circuito primario de 55°C, salto térmico 10°C, temperatura de salida del agua del circuito secundario de 32°C, salto térmico 17°C), modelo T2-BFG/8H.

CaracterísticasPrecio

unitarioPrecio partida

Intercambiador de placas de acero inoxidable AISI 316, potencia 20 kW (temperatura de entrada del agua del

circuito primario de 55°C, salto térmico 10°C, temperatura de salida del agua del circuito secundario de

32°C, salto térmico 17°C), modelo T2-BFG/8H "BUDERUS", formado por 8 placas de 380x140 mm.

$1.902.598,44 $1.902.598,44

Válvula de esfera de latón niquelado para roscar de 1". $22.734,07 $45.468,14Válvula de esfera de latón niquelado para roscar de 1

1/4".$35.349,12 $70.698,24

Manómetro con baño de glicerina y diámetro de esfera de 100 mm, con toma vertical, para montaje roscado de

1/2", escala de presión de 0 a 5 bar.$34.891,41 $39.565,64

Termómetro bimetálico, diámetro de esfera de 100 mm, con toma vertical, con vaina de 1/2", escala de

temperatura de 0 a 120°C.$66.610,87 $266.443,48

Total $2.424.773,94 El segundo modelo es el Intercambiador de placas de acero inoxidable AISI 316,

potencia 40 kW (temperatura de entrada del agua del circuito primario de 55°C, salto térmico 10°C, temperatura de salida del agua del circuito secundario de 32°C, salto térmico 17°C), modelo T2-BFG/18H.

CaracterísticasPrecio

unitarioPrecio partida

Intercambiador de placas de acero inoxidable AISI 316, potencia 40 kW (temperatura de entrada del agua del

circuito primario de 55°C, salto térmico 10°C, temperatura de salida del agua del circuito secundario de

32°C, salto térmico 17°C), modelo T2-BFG/18H "BUDERUS", formado por 18 placas de 380x140 mm.

$2.341.659,60 $2.341.659,60

Válvula de esfera de latón niquelado para roscar de 1". $22.734,07 $45.468,14Válvula de esfera de latón niquelado para roscar de 1

1/4".$35.349,12 $70.698,24

Manómetro con baño de glicerina y diámetro de esfera de 100 mm, con toma vertical, para montaje roscado de

1/2", escala de presión de 0 a 5 bar.$34.891,41 $139.565,64

Termómetro bimetálico, diámetro de esfera de 100 mm, con toma vertical, con vaina de 1/2", escala de

temperatura de 0 a 120°C.$66.610,87 $266.443,48

Total $2.863.835,10

CaracterísticasPrecio

unitarioPrecio partida

Intercambiador de placas de acero inoxidable AISI 316, potencia 90 kW (temperatura de entrada del agua del

circuito primario de 55°C, salto térmico 10°C, temperatura de salida del agua del circuito secundario de 32°C, salto

térmico 17°C), modelo M3-FG/32M "BUDERUS", formado por 32 placas de 480x180 mm.

$5.268.734,12$5.268.734,1

2

Válvula de esfera de latón niquelado para roscar de 1". $22.734,07 $45.468,14

Válvula de esfera de latón niquelado para roscar de 1 1/4". $35.349,12 $70.698,24

Manómetro con baño de glicerina y diámetro de esfera de 100 mm, con toma vertical, para montaje roscado de 1/2",

escala de presión de 0 a 5 bar.$34.891,41 $139.565,64

Termómetro bimetálico, diámetro de esfera de 100 mm, con toma vertical, con vaina de 1/2", escala de temperatura

de 0 a 120°C.$ 66.610,87 $266.443,48

Total$5.790.909,6

2 El tercer modelo es el Intercambiador de placas de acero inoxidable AISI 316,

potencia 90 kW (temperatura de entrada del agua del circuito primario de 55°C, salto térmico 10°C, temperatura de salida del agua del circuito secundario de 32°C, salto térmico 17°C), modelo M3-FG/32M.

Y el cuarto modelo es el Intercambiador de placas de acero inoxidable AISI 316, potencia 130 kW (temperatura de entrada del agua del circuito primario de 55°C, salto térmico 10°C, temperatura de salida del agua del circuito secundario de 32°C, salto térmico 17°C), modelo M3-FG/48M.

CaracterísticasPrecio

unitarioPrecio partida

Intercambiador de placas de acero inoxidable AISI 316, potencia 130 kW (temperatura de entrada del agua del

circuito primario de 55°C, salto térmico 10°C, temperatura de salida del agua del circuito secundario de 32°C, salto

térmico 17°C), modelo M3-FG/48M "BUDERUS", formado por 48 placas de 480x180 mm.

$6.000.502,74$6.000.502,7

4

Válvula de esfera de latón niquelado para roscar de 1". $22.734,07 $45.468,14

Válvula de esfera de latón niquelado para roscar de 1 1/4". $35.349,12 $70.698,24

Manómetro con baño de glicerina y diámetro de esfera de 100 mm, con toma vertical, para montaje roscado de 1/2",

escala de presión de 0 a 5 bar.$34.891,41 $139.565,64

Termómetro bimetálico, diámetro de esfera de 100 mm, con toma vertical, con vaina de 1/2", escala de temperatura

de 0 a 120°C.$66.610,87 $266.443,48

Total $6.522.678,2

4

Los mismos modelos fueron cotizados para la empresa Junkers que también pertenece al grupo Bosch. El primer modelo fue el Intercambiador de placas de acero inoxidable, potencia 20 kW (temperatura de entrada del agua del circuito primario de 55°C, salto térmico 10°C, temperatura de salida del agua del circuito secundario de 32°C, salto térmico 17°C), modelo T2-BFG/8H.

CaracterísticasPrecio

unitarioPrecio partida

Intercambiador de placas de acero inoxidable, potencia 20 kW (temperatura de entrada del agua del circuito

primario de 55°C, salto térmico 10°C, temperatura de salida del agua del circuito secundario de 32°C, salto

térmico 17°C), modelo T2-BFG/8H "JUNKERS", formado por 8 placas de 380x140 mm.

$1.902.598,44 $1.902.598,44

Válvula de esfera de latón niquelado para roscar de 3/4". $13.784,36 $27.568,72

Válvula de esfera de latón niquelado para roscar de 3/4". $13.784,36 $27.568,72

Manómetro con baño de glicerina y diámetro de esfera de 100 mm, con toma vertical, para montaje roscado de

1/2", escala de presión de 0 a 5 bar.$34.891,41 $139.565,64

Termómetro bimetálico, diámetro de esfera de 100 mm, con toma vertical, con vaina de 1/2", escala de

temperatura de 0 a 120°C.$66.610,87 $266.443,48

Total $2.363.745,00 El segundo modelo fue el Intercambiador de placas de acero inoxidable, potencia 40

kW (temperatura de entrada del agua del circuito primario de 55°C, salto térmico 10°C, temperatura de salida del agua del circuito secundario de 32°C, salto térmico 17°C), modelo T2-BFG/18H.

CaracterísticasPrecio

unitarioPrecio partida

Intercambiador de placas de acero inoxidable, potencia 40 kW (temperatura de entrada del agua del circuito

primario de 55°C, salto térmico 10°C, temperatura de salida del agua del circuito secundario de 32°C, salto térmico 17°C), modelo T2-BFG/18H "JUNKERS",

formado por 18 placas de 380x140 mm.

$2.341.659,60 $ 2.341.659,60

Válvula de esfera de latón niquelado para roscar de 3/4". $13.784,36 $27.568,72

Válvula de esfera de latón niquelado para roscar de 3/4". $13.784,36 $27.568,72

Manómetro con baño de glicerina y diámetro de esfera de 100 mm, con toma vertical, para montaje roscado de

1/2", escala de presión de 0 a 5 bar.$34.891,41 $139.565,64

Termómetro bimetálico, diámetro de esfera de 100 mm, $66.610,87 $266.443,48

con toma vertical, con vaina de 1/2", escala de temperatura de 0 a 120°C.

Total $2.802.806,16

El tercer modelo fue el Intercambiador de placas de acero inoxidable, potencia 90 kW (temperatura de entrada del agua del circuito primario de 55°C, salto térmico 10°C, temperatura de salida del agua del circuito secundario de 32°C, salto térmico 17°C), modelo M3-FG/32M.

CaracterísticasPrecio

unitarioPrecio partida

Intercambiador de placas de acero inoxidable, potencia 90 kW (temperatura de entrada del agua del circuito

primario de 55°C, salto térmico 10°C, temperatura de salida del agua del circuito secundario de 32°C, salto térmico 17°C), modelo M3-FG/32M "JUNKERS",

formado por 32 placas de 480x180 mm.

$5.268.734,12 $ 5.268.734,12

Válvula de esfera de latón niquelado para roscar de 1 1/4".

$35.349,12 $70.698,24

Válvula de esfera de latón niquelado para roscar de 1 1/4".

$35.349,12 $70.698,24

Manómetro con baño de glicerina y diámetro de esfera de 100 mm, con toma vertical, para montaje roscado de

1/2", escala de presión de 0 a 5 bar.$34.891,41 $139.565,64

Termómetro bimetálico, diámetro de esfera de 100 mm, con toma vertical, con vaina de 1/2", escala de

temperatura de 0 a 120°C.$66.610,87 $266.443,48

Total $5.816.139,72 Y el cuarto modelo fue el Intercambiador de placas de acero inoxidable, potencia

130 kW (temperatura de entrada del agua del circuito primario de 55°C, salto térmico 10°C, temperatura de salida del agua del circuito secundario de 32°C, salto térmico 17°C), modelo M3-FG/48M.

CaracterísticasPrecio

unitarioPrecio partida

Intercambiador de placas de acero inoxidable, potencia 130 kW (temperatura de entrada del agua del circuito primario de 55°C, salto térmico 10°C, temperatura de salida del agua del circuito secundario de 32°C, salto térmico 17°C), modelo M3-FG/48M "JUNKERS",

formado por 48 placas de 480x180 mm.

$6.000.502,74$6.000.502,7

4

Válvula de esfera de latón niquelado para roscar de 1 1/4". $35.349,12 $70.698,24

Válvula de esfera de latón niquelado para roscar de 1 1/4". $35.349,12 $70.698,24

Manómetro con baño de glicerina y diámetro de esfera de 100 mm, con toma vertical, para montaje roscado de 1/2",

$34.891,41 $139.565,64

escala de presión de 0 a 5 bar.Termómetro bimetálico, diámetro de esfera de 100 mm,

con toma vertical, con vaina de 1/2", escala de temperatura de 0 a 120°C.

$66.610,87 $266.443,48

Total$6.547.908,3

4

En la siguiente tabla se muestran las comparaciones cotizadas para los intercambiadores de placas para las diferentes empresas:

Potencia Kw

ModeloPrecios de Buderus

Precios de Junkers

20 T2-BFG/8H $ 2.424.773,94 $ 2.363.745,0040 T2-BFG/18H $ 2.863.835,10 $ 2.802.806,1690 M3-FG/32M $ 5.790.909,62 $ 5.816.139,72130 M3-FG/48M $ 6.522.678,24 $ 6.547.908,34

Como se puede observar aunque no es mucha la diferencia la empresa Junkers ofrece mejores precios para los intercambiadores de placas de potencia de 20Kw y 40Kw pero en los modelos con potencia de 90Kw y 130Kw ofrece mejores precios la empresa Buderus, aunque las dos empresas pertenecen al grupo Bosch difieren un poco en sus precios.

BIBLIOGRAFÍA

1. Aspen Technology, Inc. (18 de mayo del 2015). Productos Aspen. Recuperado de: https://www.aspentech.com/products/aspen-plateplus.aspx.

2. HTRI. NET. (18 de mayo de 2015). Software de simulación de intercambiador de placas Xphe. Recuperado de: https://www.htri.net/xphe.aspx

3. Alfa laval. (18 de mayo de 2015). Productos Alfa Laval. Recuperado de: http://t-soluciona.com/documentacion/programa-de-seleccion-de-intercambiadores/

4. Saitsa.com. (17 de mayo de 2015). Software para el cálculo de intercambiadores de calor. Recuperado de: http://www.saitsa.com.ar/frame_software.htm

5. Danfoss América Latina. (18 de mayo de 2015). Productos danfoss. Recuperado de: http://www.danfoss.com/Latin_America_spanish/BusinessAreas/Refrigeration+and+Air+Conditioning/Product+Selection+Tools+Details/Hexact.htm

6. Chemstations.com. (17 de mayo de 2015). Software para la simulación y elección de intercambiador de placas. Recuperado de: http://www.chemstations.com/

7. Colombia.generadoresdeprecios.info. (17 de mayo de 2015). Cotización de intercambiadores de placas. Recuperado de: http://www.colombia.generadordeprecios.info/obra_nueva/Instalaciones/IC_Calefaccion__climatizacion_y_A.html