Intercambiadores Flashcards
Qué es la DMLT?
La diferencia media logarítmica de temperaturas es la diferencia de temperatura integrada a lo largo de todo el equipo. Es la fuerza impulsora de la transferencia de Q.
Es decir, a lo largo del intercambiador la diferencia de T entre los fluidos va a ir variando, por lo tanto la fuerza impulsora también. La DMLT es un “promedio” del delta T entre los dos fluidos a lo largo del equipo.
Características y consideraciones en los IC doble tubo
- Número de tubos=N° horquillas x2
- Las entradas son por arriba y las salidas por abajo
- Son voluminosos (área de transferencia dada sólo por el tubo interno)
- Económicos y de fácil construcción
- El fluído interno recorre los retornos mientras que el del ánulo pasa por las prensas
- Difícil de limpiar
- Restricción por largo de flexión: el tubo interno no va sostenido por nada en el medio, entonces se pandea.
- Límite de 10 a 15 m2 de área de intercambio, si no empieza a convenir casco y tubos.
Qué criterios se usan para elegir qué fluido va por el ánulo y cual por el tubo interno en los IC doble tubo?
- El más peligroso va por el interno: las prensas son un posible punto de fuga para el fluido del ánulo.
- El más sucio va por tubos, pues el ánulo es mucho más dificil de limpiar
Qué diámetro se usa en los IC doble tubo para los cálculos del fluido por ánulo?
Cálculos térmicos: se usan correlaciones, para el que va por tubos se usa el diámetro interno, y para el que va por ánulo se usa Dequivalente térmico.
Cálculos hidráulicos: para tubos se calcula el dP como en un tramo recto y se suman los retornos, para el ánulo se calcula como tramo recto pero se usa un Dequivalente hudráulico.
Se usan dos diámetros equivalentes: uno térmico para el cálculo de ho y uno hidráulico para calcular las pérdidas de carga.
Esto es porque las áreas de transferencia para cada uno de los fenómenos es distinta.
El calor se transfiere del fluido del tubo al fluido del ánulo por el área de D0 (por el área Ds no hay transferencia de calor).
En cambio en la cantidad de movimiento participan el área D0 y Ds porque el fluido roza contra las dos paredes.
Cosas a tener en cuenta a la hora de diseñar o elegir un IC casco y tubo
- Ensuciamiento: Los tubos son fáciles de limpiar (excepto los U que es un poco más difícil), pero la coraza no. Si se necesita un alto nivel de limpieza, para poder limpiar mecánicamente se debe usar un cabezal flotante (permite retirar el haz de tubos para limpiarlos por fuera) y un arreglo de tubos cuadrado (mas espaciado). Sin embargo, si la limpieza es química es mejor un arreglo triangular y un cabezal fijo, pues entran mas tubos y menores áreas de bypass (cabezal).
- Espaciado entre bafles: Ds > B > Ds/5 o 55 mm
- Tubos de longitud 6 m o menos (por limpieza y construcción)
- Pitch (separación entre tubos) según norma tema 1,25.Do
- Para determinar el número de pasos por coraza: Ft >0,75.
Criterios para elegir la disposición de los fluidos en casco y tubo
- Ensuciamiento: fluido mas ensuciante o incrustante va por tubos.
- Toxicidad: El más tóxico va por tubos porque tiene menos puntos de fuga.
- Corrosión: el mas corrosivo va por tubos.
- Presiones de operación: el fluido con mayor P va por tubos (espesor es proporcional a P.D, entonces en coraza D grande y P grande, espesor grande. Por tubos P grande y D chico se compensa y da espesor chico).
- Temperatura: el caliente por tubos porque hay menos pérdidas de calor al ambiente.
Críticas al método de Kern para los cálculos en coraza de casco y tubo
Críticas al método de Kern:
* No tiene en cuenta el flujo por coraza paralelo y perpendicular a los tubos por separado
* No considera corrientes de bypass o fugas por separado. En coraza hay distintos tipos de flujo porque hay cambio de dirección de flujo y de sección: hay flujo perpendicular y paralelo a los tubos (eso es lo ideal) pero por las limitaciones constructivas también hay flujos de bypass (no intercambia calor y es camino preferencial por tener menor resistencia) y fugas (entre bafle y coraza o bafle y tubos). El tema es que estos flujos malos pueden ser muuuuuy significativos, más en flujo laminar. Por eso que Kern no los tenga en cuenta puede introducir muchísimo error.
* El diámetro equivalente está definido para flujo paralelo, y no hay similitud geométrica, es necesario tener una correlación para cada arreglo.
* Distorsión perfil de temperaturas por corrientes de bypass
En resumen el método de Kern permite calcular ho y delta P en coraza con pocos datos de entrada y es relativamente sencillo. Sin embargo, al ser un método simplificado no es tan preciso. Además no se puede usar si el segmentado de bafles no es del 25%.
La alternativa a Kern es el método de Bell, mucho mas preciso pero requiere muchos mas datos constructivos del equipo y es mas complejo.
Cabezales fijos vs flotantes?
Como los fluidos están a diferentes temperaturas, el material de la coraza y los tubos va a dilatar a diferente T, por lo tanto se generan dilataciones diferenciales y tensiones.
Entonces, cuando la diferencia de T entre los fluidos es muy grande, conviene usar cabezales flotantes o un cabezal fijo con una junta de dilatación, o si no tubos en U.
Los cabezales flotantes tienen la desventaja que dejan un espacio bastante grande entre la coraza y el haz de tubos, lo que genera corrientes de bypass que no intercambian calor y que además por tener menos resistencia fluye más fluido por ahí, o sea que la eficiencia del equipo baja.
El cabezal fijo no permite desarmar el equipo para limpieza mecánica, el flotante sí.
Casco y tubos: Sobrediseño
Para el cálculo en tubos se utilizan correlaciones según el régimen que no tienen tanta incertidumbre, en cambio para la coraza se usa Kern, que tiene mayor incertidumbre.
Por lo tanto, si el coeficiente ho es más chico que el hio, o sea que la coraza es el término controlante, conviene usar un SD mayor (tipo 20%) para absorber la incertidumbre que se arrastra a U y por ende al A.
Pero si el lado controlante es el de tubos (hio es menor que ho, o sea que U está más condicionado por hio) el SD puede ser un poco menor (15%).
