INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ORIZABA.

DOCENTE:
José Antonio Guevara Razo

PRESENTAN:

EQUIPO 1
Alonso Alberto Ana Karent 19010125
Maceda Reyes Diana Marlem 19010160
Velasco Espidio Julio Andrés 19010197
Villalobos Reyes Nadia Lizzet 19010200

PRACTICA 3
“Intercambiador de calor de tubos y coraza”

MODULO:
LABORATORIO INTEGRAL III

Clave: 8c2A 9:00 – 12:00 hrs

 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ORIZABA.

LABORATORIO INTEGRAL III.

Actividad experimental No. 3

“INTERCAMBIADOR DE CALOR DE TUBOS Y CORAZA”.

OBJETIVO:
Al término de la práctica el estudiante aplicará sus conocimientos técnicos al manejar un
intercambiador de calor horizontal de tubos y coraza, que opera a flujo en paralelo y a
contracorriente.

INTRODUCCION:

La industria de procesos químicos utiliza con frecuencia la transferencia de energía en forma

de calor para la cual se vale de equipos conocidos como intercambiadores de calor. El ingeniero
químico no dispone únicamente de un solo diseño de estos equipos. Si no que cuenta con gran
variedad de los mismos.
En los intercambiadores de calor del tipo cerrado las corrientes de flujo caliente y frío no se ponen
en contacto directo, sino que están separados por una pared.
Los intercambiadores de calor se clasifican de acuerdo a su configuración y al número de
pasos efectuados por cada fluido al atravesar el intercambiador de calor.
Un intercambiador de un solo paso es aquel en que cada fluido pasa una sola vez. Este tipo
de intercambiadores puede ser de flujo paralelo o a contracorriente ya sea que las corrientes de
fluidos fluyan en la misma dirección o en direcciones opuestas.
Para transferir tanta energía en el menor espacio posible, es deseable utilizar intercambiadores de
haz de tubos y coraza.

FUNDAMENTO

El término intercambiador de calor abarca todos los dispositivos utilizados para transferir energía de
un fluido a otro. Algunos ejemplos de este grupo son: radiadores, calentadores de agua, baterías de
refrigeración, evaporadores, generadores de vapor, etc.
Un intercambiador de calor de carcasa y tubo es un dispositivo en el que dos fluidos, uno a través
del lado tubos y el otro a través del lado de la carcasa, circulando en diferentes condiciones de
temperatura, intercambian calor a
través de las paredes de los tubos, sin
contacto directo entre ellos. Estos
equipos se utilizan ampliamente en
industrias de procesos químicos,
especialmente en refinerías de petróleo
debido a las numerosas ventajas que
ofrecen frente a otros tipos de
intercambiadores de calor, por ejemplo:
  Las presiones y las caídas de presión pueden variar en un amplio intervalo.
 Las tensiones térmicas pueden ser acomodados económicamente
 Hay una considerable flexibilidad en cuanto a los materiales de construcción para dar cabida
a la corrosión y otras preocupaciones.
 Limpieza y reparación son relativamente sencillas (fácilmente desmontables)
Es esencial que el diseñador térmico tenga un buen conocimiento de las características mecánicas
de este tipo de intercambiadores de calor, y cómo influyen en el diseño térmico.
Diseño térmico
El diseño térmico óptimo de un intercambiador de calor de carcasa y tubos implica la consideración
de muchos parámetros de diseño interactuando, que pueden resumirse de la siguiente manera:
 Asignaciones de fluido de proceso para el lado tubos y lado carcasa.
 Selección de las especificaciones de temperatura corriente.
 Ajuste de la pérdida de carga del lado carcasa y lado envolvente.
 Selección de modelos de transferencia de calor y coeficientes de ensuciamiento.
 Selección de la disposición de intercambiador de calor y el número de pasos.
 Especificación de los parámetros del tubo: tamaño, disposición, el paso y el material.
 Establecimiento de límites de la longitud del tubo.
 Especificación de los parámetros de la carcasa: materiales, corte de bafles, separación
deflectores, etc.

Tipos de fluidos
Los fluidos, tanto si es el del producto como si es el del servicio, con los que el diseñador del
intercambiador de calor tiene que trabajar, son tan variados como los procesos que utilizan dichos
intercambiadores. Sin embargo, pueden clasificarse en dos categorías muy amplias:
 Newtonianos – Cuando la propiedad inherente, definida como viscosidad, es independiente
de la velocidad de cizallamiento dentro del fluido.
 No newtonianos – Cuando la propiedad inherente, definida como viscosidad, sí depende de
la velocidad de cizallamiento dentro del fluido.
En términos simples, la viscosidad efectiva de un fluido newtoniano no depende de la velocidad con
la que fluye a través de un tubo, pero sí lo es en un fluido no newtoniano.
Además de la viscosidad de los fluidos con los que se trabaja, otras cuatro propiedades son de gran
importancia al modelar el rendimiento del intercambiador:
 Densidad – La masa del fluido por unidad de volumen que afecta directamente a la velocidad
con la que éste fluye a través de un sistema.
 Calor específico – La cantidad de calor que una determinada masa de un fluido requiere para
que la temperatura sea cambiada en 1°C.
 Conductividad térmica – La velocidad a la cual el calor puede fluir a través de un fluido.
 Calor latente – La cantidad de calor que una determinada masa de una sustancia requiere
para cambiar de estado – es decir, para fundir si es un sólido, congelar si es líquido,
evaporarse si es un líquido o condensar si es un gas.
Desde el punto de vista operativo, también son importantes las características de corrosión del
fluido, porque influyen en la elección final de materiales de fabricación que el diseñador debe usar.
Es particularmente importante identificar los fluidos que se sabe que son altos en cloruros, ya que
éstos pueden provocar corrosión por estrés en algunos tipos de acero inoxidable, pero cualquier
líquido de alta acidez o alcalinidad debe ser verificado por un experto en materiales para confirmar
su idoneidad. En aplicaciones como el enfriamiento de gases de escape, es importante verificar la
condensación en la pared del tubo y la composición del gas (o combustible) para verificar si se
formarán ácidos al enfriarse el gas. Si se confirma la condensación y el gas o combustible contiene
compuestos de azufre, se debe buscar de nuevo la asistencia del experto en materiales para obtener
asesoramiento sobre materiales adecuados.

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE INTERCAMBIADOR DE CALOR:

1. Intercambiador de tubos y coraza instalados en posición horizontal, consta de envolvente

de acero inoxidable, tres mamparas, dos espejos (placas de sujeción de los tubos), y un haz
de 36 tubos de acero inoxidable de 2.63 cm de diámetro exterior, 2.268 cm de diámetro
interior, 0.42 cm de espesor y 108.74 cm de longitud, los que constituyen el área de
transmisión de calor de 2.6 m2. La alimentación del líquido a calentar circula dentro de los
tubos y el vapor de calentamiento por el exterior de ellos.

2. Un tanque de alimentación.
3. Una trampa de vapor colocada en la salida del intercambiador de calor.
El equipo auxiliar está dado por:
1. Válvulas para manejar el flujo de vapor.
2. Válvulas para manejar el flujo del líquido a calentar.
4. Instrumentos de medición de flujo, presión y temperatura.
DIAGRAMA DE FLUJO DEL SISTEMA DE INTERCAMBIADOR DE CALOR:
PROCEDIMIENTO:

1. Preparar la suspensión que se va a precalentar en el tanque de alimentación. 2. Verificar

el seguimiento de la línea, abriendo las válvulas correspondientes, según sea el uso en
paralelo (V1, V4, V5 y V6) o en contracorriente (V2, V3, V5 y V6) y para ambas circulaciones
también abrir V8 y se abre la V9 manteniendo desde el inicio V7 cerrada (permaneciendo
cerrada durante toda la operación).
3. Purgar líneas de vapor.
4. Alimentar el líquido a calentar, manteniendo el gasto constante (a nivel constante de
líquido).
5. Suministrar vapor a una presión constante (1 kg/cm2) y purgar cerrando V5 y V6 y abrir V7
de la línea de vapor del intercambiador de vapor. Hecha la purga, abrir V5 y V6 y cerrar
V7.
6. Recoger el condensado en un recipiente de plástico de 50 litros durante el tiempo de
operación.
7. Leer las temperaturas inicial y final del sistema cada 5 min.
8. Cuando sea logrado establecer la presión de vapor constante, gasto de alimentación
constante y temperatura constante, se dice que el sistema está operando a régimen
permanente.
9. Anotar los datos experimentales obtenidos.
10. Realizar la experimentación tanto para fluidos en paralelo y en contracorriente
11. Concluido el tiempo de operación, cerrar vapor de calentamiento.
12. Descargar y lavar el tanque de alimentación e intercambiador de calor.

EQUIPO UTILIZADO Y MATERIALES:

Cascos de protección.
2 Recipientes de plástico de 50 litros.
2 Pares de guantes de asbesto.
2 Termómetros de capilar de 0 a 200° C.
1 Sistema de intercambiador de calor de tubos y coraza.

CALCULOS Y DATOS OBTENIDOS:

Por el lado de los cálculos se tiene que:

1. Cálculo de la media logarítmica de temperatura.

2. Balance calórico.
 Por parte de los datos se tiene que llenar la tabla
siguiente:

PARALELO CONTRACORRIENTE

Gasto de agua
7.4 13.8 13.8 13.4
(l/min).
Pv de
calentamiento 18 5200 16
(Kg/cm2).
Gasto de
condensados 20.6 89 89 90
(l/min)

Temperatura
agua de 26 26 26 26
entrada (° C).

Temperatura
agua de salida 75 80 91 85
(° C).
Temperatura
83 58 90 98
vapor (° C).
Temperatura
condensada (° 80 85 60 101
C).
Tiempo de
Operación
(min).
4.26 2.22 2.29 2.77

∆𝑻𝟏 = 𝑻𝒗𝒂𝒑𝒐𝒓 - 𝑻𝑨. 𝑭𝒓𝒊𝒂 ∆𝑻𝟏 − ∆𝑻𝟐

∆𝑻𝑴𝑳 =
∆𝑻𝟐 = 𝑻𝑪𝒐𝒏𝒅𝒆𝒏𝒔𝒂𝒅𝒐 - 𝑻𝑨. 𝑪𝒂𝒍𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆 ∆𝑻
𝐥𝐧⁡(∆𝑻𝟏 )
𝟐

Flujo paralelo
ΔT1 ΔT2 Tml
1 57 5 21.3674041
2 32 5 14.5450785
#P=Numero de procesos

#P= 𝑚𝑖𝑛 ∗ 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑎𝑠

 𝐵𝐶 = 𝑃 + 𝑃

balance calorifico (flujo Paralelo)

tanque cubetas B.calorifico
1 87.756 31.524 119.28
2 197.58 13.8 211.38

∆𝑻𝟏 = 𝑻𝒄𝒐𝒏𝒅𝒆𝒏𝒔𝒂𝒅𝒐 - 𝑻𝑨. 𝑭𝒓𝒊𝒂

∆𝑻𝟏 = 𝑻𝒗𝒂𝒑𝒐𝒓 - 𝑻𝑨.𝒄𝒂𝒍𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆

Contraflujo
ΔT1 ΔT2 Tml
1 -1 34 19.9710277
2 13 75 35.377249

balance calorifico (Contracorriente)

tanque cubetas B.calorifico
1 203.81 31.602 235.412
2 90 13.4 103.4
OBSERVACIONES

En esta práctica de intercambiadores realizamos y observamos lo siguiente.

Como primer indicio el profesor y la maestra auxiliar nos dieron las primeras indicaciones sobre lo
que realizaríamos durante el desarrollo de la práctica.
Posterior a ello comenzamos. Utilizando nuestro equipo de seguridad que en este caso fueron los
cascos.

1- Se preparó el tanque de alimentación a la temperatura que necesitábamos.

2- Recibimos una pequeña explicación sobre las válvulas que íbamos a

utilizar. Estas eran en paralelo y contracorriente, aprendimos cuales eran
las que debíamos abrir a la par y cuáles no. En todo momento al tocar las
válvulas debíamos utilizar guantes de uso rudo ya que las válvulas se
encontraban calientes por el vapor que salía.

3- Como tercer paso se purgaron las líneas de vapor para poder

comenzar.
4- Continuamos alimentando el líquido que debíamos calentar,
manteniendo el gasto constante (a nivel constante de líquido).

5- Nos dividimos el grupo en dos partes para estar en diferentes áreas

de trabajo. Asignando a compañeros para que uno tomara el tiempo,
otro la presión y uno más la temperatura, así como un encargado de las
válvulas.

6- Lo que salía de condensado lo recogimos en un recipiente de plástico.

7- Cada 5 min se leían las temperaturas de inicio y final del sistema.
8- Después de haber hecho muchas lecturas sobre las temperaturas se logró
establecer la presión de vapor constante, al igual que el gasto de vapor y
la temperatura lo que nos indicó que el sistema operaba a un régimen
permanente.
CONCLUSIONES:

 Las velocidades de flujo tanto por el lado de los tubos como por el lado de la
coraza no caen en los rangos establecidos, lo cual indica que los flujos empleados
no son los requeridos para que el intercambiador funcione bajo condiciones
óptimas.
 Las incrustaciones en el intercambiador de calor hacen que la resistencia al
ensuciamiento presente un valor negativo, lo que indica que en las condiciones
actuales este equipo ya no tiene capacidad de soportar incrustaciones.
 La caída de presión bajo las condiciones que opera el intercambiador tanto por
el lado de los tubos y por el lado de la coraza está dentro del rango establecido,
lo que indica que desde este punto de vista el intercambiador no presenta
problemas.
 Pese a su ineficiencia, se logró demostrar experimentalmente que el
intercambiador de calor de tubos y coraza en contracorriente es más eficiente (o
menos ineficiente) que el intercambiador de calor de tubos y coraza en paralelo.

BIBLIOGRAFIA

 HOLMAN, J.P., “Transferencia de Calor”, octava edición, editorial McGraw

Hill/Interamericana de España, Madrid, España, 1998, pp. 379 – 409

 INCRÓPERA, Frank, DEWITT, David, “Fundamentos de transferencia de calor”,

cuarta edición, Editorial Prentice Hall, México D.F., México, 1999, pp. 582 – 619

 MANUAL DEL INGENIERO QUÍMICO. Perry & Chilton. Sección 10. “Transferencia
de Calor”. Sección 11. “Equipos de Transferencia de Calor”. Mc Graw Hill