Intercambiadores De Calor De Placas (1).docx

Intercambiadores de Calor de Placas Mediante la transferencia de calor se consiguen ahorros de costos energéticos y además se logra un máximo aprovechamiento de la energía ya disponible en el sistema, esto principalmente gracias a los intercambiadores de calor, los cuales a través de la transferencia de calor entre fluidos permiten refrigerar o calentar fluidos y recircularlos para ser nuevamente utilizados en el mismo proceso. A continuación detallaremos la experiencia que realizamos basada en el funcionamiento de este importante dispositivo. Un intercambiador de calor se puede describir de un modo muy elemental como un equipo en el que dos corrientes a distintas temperaturas fluyen sin mezclarse con el objeto de enfriar una de ellas o calentar la otra o ambas cosas a la vez. Se requiere conocer los distintos tipos de equipos disponibles ya que corresponden a geometrías y formas diversas que se pueden usar para diferentes operaciones de transferencia de calor y condicionan o determinan las expresiones a usar para el cálculo de las características de la transferencia de calor; específicamente los coeficientes de transferencia de calor. El intercambiador de calor de placas consta de un conjunto de placas metálicas corrugadas, con orificios para permitir el paso de los dos fluidos entre los que se realiza la transferencia de calor. El conjunto de placas está montado entre una placa bastidor fija y otra de presión desmontable, y se mantiene apretado mediante pernos. Las placas incorporan juntas que sellan la periferia y dirigen los fl uidos por canales alternos. El número de placas depende del caudal, propiedades físicas de los fluidos, pérdida de carga máxima permitida y programa de temperaturas. La corrugación de las placas favorece la turbulencia del fluido y contribuye a que las placas resistan la presión diferencial. Las placas de intercambio térmico y placa de presión están suspendidas en una barra guía superior y se apoyan en una barra guía inferior. Ambas barras están fijas a una columna de soporte. Las conexiones están siempre situadas en la placa fija del bastidor a menos que uno o ambos fluidos requieran más de un paso, en cuyo caso también se sitúan en la placa de presión movible. Entre las placas del intercambiador de calor se 6 forman canales y los orificios de las esquinas están dispuestos de manera que los dos líquidos circulen por canales alternos, en la figura 4 se puede observar una fotografía del intercambiador de placas utilizado en la experiencia. El calor se transfiere por la placa entre los canales. Para incrementar la eficiencia al máximo se genera un flujo en contracorriente. La corrugación de las placas provoca un flujo en torbellino que aumenta la eficiencia de intercambio térmico y protege la placa contra la presión diferencial.

Diseño del intercambiador de calor de placas Este intercambiador de calor de placas nos permite el estudio de la transferencia de calor entre el agua caliente y el agua fría que circulan por canales alternos formados entre placas paralelas. Este intercambiador permite la medida de temperatura a la entrada y a la salida del intercambiador, tanto en el agua fría como en el agua caliente. Estructura de aluminio anodizado y panel en acero pintado. Principales elementos metálicos en acero inoxidable. Diagrama en el panel frontal con distribución similar a la de los elementos en el equipo real. Formado por placas de acero inoxidable corrugadas. Se puede desmontar para observar su estructura. 4 conexiones para la entrada y la salida del agua caliente y fría. Caudal máximo: 3 12m /h. Presión máxima de trabajo: 10 bar. Temperatura máxima de trabajo: 100 c. Temperatura mínima de trabajo: 0 c. Número máximo de placas: 20. Capacidad del circuito interno: 0,176 l. Capacidad del circuito externo: 0,22 l. 2 área: 0,32 m . 4 sensores de temperatura (tipo “j”): 2 sensores de temperatura para medir la temperatura en el agua fría (entrada y salida). 2 sensores de temperatura para medir la temperatura en el agua caliente (entrada y salida). ¿Por qué intercambiadores de calor de placas? Porque proporcionan el mejor rendimiento económico global en cuanto a eficiencia de transmisión de calor. Ello es debido a que la relación entre la superficie de transmisión de calor y el volumen de fluidos en el intercambiador es muy elevada, y porque los fluidos que circulan a través del mismo lo hacen en estado de turbulencia. Un intercambiador de calor de placas relativamente pequeño puede, por tanto, transmitir una gran cantidad de calor. Sus características fundamentales son: • Placas de espesor mínimo garantizando máxima capacidad de transmisión de calor y economía de material. •

Diseño avanzado de las placas de intercambio, con resultado de fluidos en elevada turbulencia, transmisión eficiente de calor y bajo ensuciamiento.

•

Una amplia gama de placas de intercambio y bastidores para diferentes presiones de trabajo.

• Alta eficiencia de intercambio. • Flexibilidad y bajo mantenimiento. Esta serie es una excelente elección para intercambio de calor entre fluidos suficientemente limpios y condiciones de trabajo de hasta aproximadamente 2.5 Mpa y 150 ºC. La temperatura máxima admisible dependerá de la presión de trabajo, material de las juntas y tipo de fluidos. DISEÑO ESTÁNDAR El intercambiador de calor de placas consta de un conjunto de placas metálicas acanaladas, con orificios para permitir el paso de dos fluidos entre los que se realiza la transferencia de calor. El conjunto de placas está montado entre una placa bastidor (fija) y otra de presión (móvil) y se mantiene apretado mediante pernos y tuercas, de compresión. Las placas están provistas de una junta estanca que sella el canal y envía los fluidos hacia canales alternos. El acanalado de las placas provoca un régimen turbulento del fluido y contribuye a que éstas resistan la presión diferencial.

PLACAS DE INTERCAMBIO DE CALOR Son de metal corrugado en forma de espina de pez, la cual proporciona rigidez y crea condiciones de turbulencia que mejoran la eficiencia de la transferencia de calor ayudando a mantener las superficies limpias. Los materiales de las placas estándar son AISI 316 y TITANIO. Para fluidos especiales se dispone de otros materiales. Las placas se suministran con las juntas sujetas mediante clips (no pegadas). Las placas con su diseño en forma de V se ensamblan apuntando alternativamente hacia arriba y hacia abajo, consiguiendo un gran número de puntos de contacto que aportan un elevado soporte mecánico.

Placas "Largas" y "Cortas" Cada canal, formado por dos placas de intercambio alternas, tiene una longitud térmica fija, θ. Un intercambiador de calor funciona con mayor eficacia si el total de la longitud térmica de los canales coincide exactamente con el cambio de temperatura deseado. Esto se consigue usando placas con diferente geometría y, por tanto, diferente valor θ. El ángulo del vértice de las ondas en la placa “larga” (izquierda) es más obtuso que en la placa “corta” (derecha), produciéndose valores más altos de θ y una mayor pérdida de carga en el canal. Imágenes del equipo

Datos

del

Equipo

Intercambiador de placas Largo: 28.575 cm Ancho: 11.2 cm Número de placas: 10 En siguientes tablas, tabla 3 y tabla 4 se recopilan los datos correspondientes a Temperaturas y flujos en proceso co-corriente y contracorriente del intercambiador de tubos y carcasa.

Co-corriente Entra Corriente fría (°C) Corriente caliente (°C)

Sale ST2 ST3

ST4 ST5

Flujos(l/min) SC2 SC1

Contra-corriente Entra Corriente fría (°C) Corriente caliente (°C)

Sale ST4 ST3

ST2 ST5

Flujos(l/min) SC2 SC1

Ecuaciones necesarias 1) Ecuación de diseño Ecuación(1) Q: Flujo de transferencia de calor A: Área de transferencia de calor U: Coeficiente global de transferencia de calor ΔT: Fuerza impulsora para la transferencia de calor, LMTD. 2) Calor transferido Para un caso sencillo de calentamiento o enfriamiento el flujo de calor corresponderá al flujo necesario para llevar la materia desde un nivel de energía a otro es decir: Ecuación (2) 3) Diferencia de temperatura (ΔT)

Corresponde a alguna forma de diferencia de temperaturas que dependerá de la geometría o disposición de los flujos, pero que necesariamente está definida en función de las temperaturas de proceso que son inicialmente conocidas (balances de masa y energía)

4) Área de transferencia de calor En la tabla 5 se indican las ecuaciones que se deben utilizar para obtener el área de transferencia de calor de cada intercambiador.

Bibliografía J. A. Manrique, «Transferencia de calor, 2da ed.,» Ciudad de Mexico, Alfaomega, 2002. R. H. Perry, «Manual del Ingeniero Quimico 6ta ed. Tomo VI,» Kansas, McGraw Hill, 1992. J. R. Welt, de Transferencia de calor aplicada a la ingenieria, Oregon, Limusa, 1978. https://www.geniolandia.com/13104314/diferencia-entre-intercambiadores-de-calor-de-flujoparalelo-y-en-contracorriente