DISEÑO DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR TECSUP

8/4/2019 DISEÑO DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR TECSUP

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DISEÑO Y MANUFACTURA ASISTIDA,

MAQUINAS TERMICAS

TRABAJO DE DISEÑO Y FABRICACION

Alumnos:

Chuquillanqui Merge Tony C13-A

Gamarra Zegarra Eduardo C13-A

Profesor:

HECTOR ZEVALLOS

2011 – I



Intercambiador de calor

El intercambiador de calor es muy utilizado en la industria porque es unelemento de intercambio de energía, la cual podemos utilizar paraoptimizar procesos tales como el calentamiento u enfriamiento defluidos para infinidad de procesos, debemos tener en cuentarecomendaciones de diseño para la elaboración de un intercambiador decalor:

• Verificación de fluido, este paso nos ayudara a discriminarmateriales posibles por corrosión química de los fluidos

• Temperatura de ingreso del fluido y presión, si las temperatura deingreso y la presión es mayor el fluido deberá pasar por los tubos,también si el fluido de intercambio es mas corrosivo tendrá queser fluido por los tubos.

• El material de los tubos deberá ser un material con alto coeficienteconductividad térmica.

Para el caso de estudio fabricaremos un intercambiador con materialessimples:

• Tubo de acero 4”, tubería de cobre ½”, Reductores de diámetro,conectores hidráulicos de 3/4”, platinas de 3mm(deflectores).

La información proporcionada es:• Temperatura de ingreso del agua fría: Temperatura ambiente 21ºC

• Temperatura de ingreso de agua de calefón 50ºC

Como no tenemos temperaturas de salidas no podemos evaluar por elmétodo de temperaturas medias logarítmicas para calcular el área decontacto, que para este caso de estudio seria la cantidad de tubosnecesarios para hacer el intercambio de calor.

Por tal motivo asumiremos una eficiencia del intercambiador yaplicaremos ingeniería inversa, asumiendo la cantidad de tubos.

Ti=50ºC

T2=20



El caudal de transmisión será el mismo del suministro del servicio:0.27Kg/s

El diámetro de los tubos es ½” por 19 tubos en total como:

Área de contacto = 0.202m2

Q1=Q2*N

Q1=m1*(h1-h2)

Q2=Ce*m2*AT

N=Eficiencia

Como la masa la tomamos desde el punto de alimentación del servicio

de agua, el caudal será el mismo, entonces m1=m2.

Para realizar el cálculo del intercambiador utilizaremos el método“efectividad-número de unidades de transferencia”

Este método define la efectividad de un intercambiador de calor como:

Efectividad = Flujo real de calor transferido/ Máximo flujo de calor quepodría transferirse

El máximo provecho al intercambiador se da cuando los flujos sonopuestos y la capacidad calorífica es mínima

Ecuación Nº 2



Nótese que las efectividades relacionan entre sí a través del cociente decapacidades caloríficas C* = Cmín/Cmáx. Por otra parte, la efectividadde un intercambiador de calor no es efectividad de temperaturas sinopara transferir calor.

Para calcular la eficacia del intercambiador tenemos que relacionar losparámetros mediante el numero de unidades de transferencia de calor,es decir

Nut=U*A/C

U=Coeficiente global de calor, 400 * 5.629e-3 KW/m2ºC=2276.8e-3KW/m2ºC

A= Área de transferencia de calor = 0.202m2

C=Capacidad Calorífica= Caudal * Ce = 0.27*4.187 = 1.13KW /ºK

Reemplazando Nut=U*A/C = 1.487

E= 1.487/1+1.487

E=55%

Entonces con la eficacia de nuestro intercambiador 55% y la ecuación Nº2 reemplazaremos para hallar las temperaturas de salida.

0.55 = Tc1-Tc2 / Tc1 – Tf2

0.55 = 50-Tc2 / 50 – Tf2

Entonces asumiremos la temperatura de salida del fluido frio Tf2 = 25

Entonces Tc2 = 36.25ºC



HERRAMIENTAS, MATERIALES Y PROCESOS DE

FABRICACION

PROCESO DE CORTE DE MATERIALES

• En el corte del tubo de 4” se dejo una demasía de 5mm para darleun refrentado para tener una entrada limpia que mejora al hacerleel roscado

• Las platinas de 3mm de espesor fueron cortadas con una guíacircular con el fin de mantener su circularidad

HERRAMIENTAS ACCION

OBERVACION

SIERRA ALTERNATIVA Corte del tubo hueco de Ø4”x225

1 solo tubo

SIERRA CINTA Corte de platinas Ø103mmespesor 3mm

3 platinas

CORTATUBOS Corte de tubos de cobre de Ø ½”x217

19 tubos

Imagen de corte del tubo de 4” Imagen corte de las platinas

Imagen de corte de tubos de cobre



PROCESO DE TORNEADO

• Para este proceso se preparará un centrador para el tubo hueco de 4”ver la imagen

• El roscado tendrá una entrada (chaflán de3X45°) porque la profundidadde la rosca es de 4mm y por la conicidad irá disminuyendo

• El roscado es de tipo (cónico, de 8 hilos x 1”) por ende se dará unángulo de 1.5° para la conicidad y tendrá una longitud de30mm, luegose roscará con el automático cambiando los engranes previamente parael roscado en pulgadas, se dará la inclinación manual para mantener laconicidad.

• El enfriamiento en cada pasada de roscado es fundamental para nomorder el paso y no sobrepasar material

HERRAMIENTAS ACCION OBSRVACION

TORNO WEILER TALLER 1004CUCHILLA DEREFRENTAR HSS

Refrentado ambos ladosde 2.5mm cada lado

CUCHILLA DECILINDRADOCARBUARADA

Longitud de 30 mm

CUCHILLA DE ROSCARPULGADAS

Paso de 8 hilos x 1” AFILADA A 55°

VERNIER 0 -150 mm Medición de la conicidadPLANTILLA DE ROSCARENGRANAJES ENPULGADAS DE 125,85,20

Estas son de Torno PARA ROSCAR ENPULGADAS

ACEITE DE CORTE Rociado en el roscado GARIAREFRIGERANTE Rociado en el

refrentadoBROMUS

LIJAS Para la limpieza final DE 50, 150 GRANOS YDE AGUA



Imagen centradora del tubo de 4”

Imagen refrentado, bisel para el roscado Imagen cambio de engranespara el roscado

Imagen roscado de 8 hilos x1” cónico



PROCESO DE SOLDADURA

• Se coloco en un soporte en X para soportar la base

• Se hizo apuntalaciones de soldadura para asegurar y centrar los tubos

• En los extremos se utilizo soldadura de plata porque tiene mayoradherencia a diferencia de la varilla de cobre ver imagen

• En los bordes se hizo una limpieza y rociado de macilla para asegurarque no haya fugas

HERRAMIENTAS,

MATERIALES

ACCION OBSERVACION

VARILLA DE PLATA 3% Obtenido en el taller

EXAFLUX 300 Fundente al soldar EN FRASCOSOLDADURA ENOXIACETILENO

Para este caso FLAMA NEUTRA

BOQUILLA DE SOLDARN° 1

Para precisión y nosobrecalentar

LIMPIEZA

LIJA DE 100 GRANOSESCOBILLA METALICA Limpieza después de

soldar cada tuboEPPS EN EL TALLER 1006



Imagen de apuntalación de soldadura Imagen de soldadura para lalimpieza

Figura Nº5 Intercambiador de calor finalizado

Conclusiones

• Se concluye que entre los distintos aspectos que han deconsiderarse en el diseño de un intercambiador de calor seencuentran: dilataciones térmicas en las tuberías, problemas decorrosión, depósito de sólidos en las líneas de flujo, caídas de



presión, peso y tamaño del intercambiador y, desde luego, costo.Este último factor suele jugar un papel muy importante en eldiseño o selección de un tipo de intercambiador de calor y debetenerse siempre en cuenta.

• Se comprobó la función que ejerce un intercambiador dentro de unsistema, variando su eficiencia dependiendo del tipo deasilamiento.

• Es posible estimar la temperatura de salida de los fluidos medianteel método de eficiencia, manteniéndose una relación de energía apresión constante en el fluido caliente.

Bibliografía

• Transferencia de calor (Manrique) segunda edición

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