Intercambiadores de calor tubulares
Comúnmente se denomina intercambiador de calor, sin adjetivos, por ser más antiguo que los otros tipos, es un equipo fundamental en el funcionamiento de una planta petroquímica, es en el que se efectúa el intercambio de calor entre dos corrientes de proceso; sin que en ellos se produzca cambio de estado físico (o fase).
Para los intercambiadores a haz de tubos, existe una clasificación particular, tomadas de la Norma TEMA, que actualmente esta universalmente difundida y aceptada. Sobre la base de esta simbología, cada intercambiador esta completamente definido con 3 letras:
- La primera de estas letras nos fija el tipo de distribuidor; “front end stationary head types” (A, B,C, D y N).
- La segunda de dichas letras, nos indica el tipo de envolvente o carcasa; “shell types”.
- (E, F, G, H, J, K y X).
- La tercera de las citadas letras nos dice si se trata, de intercambiadores de cabeza fija, cabeza flotante, o de tubos en "U"; “rear end head types” (L, M, N, P, S, T, U y W).
Como puede observarse la letra N se encuentra duplicada, debido a que el tipo distribuidor que dicha letra representa, puede ser también utilizado como cabeza estacionaria (sin el tabique intermedio); sobre las combinaciones posibles pueden ser las siguientes; AES, BEU, CEM, etc
Complementamos esta tabla con una traducción de estas denominaciones:
A Distribuidor desmontable, con cabeza sin placa tubular, y tapa desmontable.
B Distribuidor desmontable con fondo abombado, sin placa tubular.
C Distribuidor desmontable, de cabeza con placa tubular, y tapa desmontable.
N Distribuidor no desmontable con placa tubular, y tapa desmontable.
D Distribuidor desmontable con placa tubular, y tapa para alta presión .
E Cuerpo o envolvente de un paso.
F Cuerpo o envolvente de dos pasos, con bafle o separador longitudinal. G ^ Cuerpo o envolvente con repartidor o separador de flujo.
H Cuerpo o envolvente con doble repartidor o separador de flujo.
J Cuerpo o envolvente con divisor de flujo.
K Cuerpo o envolvente para “reboiler” o rehervidor tipo “Kettle.
X Cuerpo o envolvente con flujo cruzado.
L Cabeza fija, desmontable, con cabeza sin placa tubular, y tapa desmontable.
M Cabeza fija, desmontable de fondo abombado sin placa tubular.
N Cabeza fija, no desmontable con placa tubular, y tapa desmontable.
P Cabeza flotante con empaquetadura externa.
S Cabeza desmontable con placa tubular y tapa flotante.
T Cabeza desmontable con haz tubular y tapa flotante.
U Cabeza desmontable con haz tubular en “U”
W Cabeza desmontable con haz tubular flotante y tapa con sellado externo.
Vemos seguidamente 3 ejemplos de intercambiadores seccionados, para poder apreciar los nombres de sus componentes:
1. Cuerpo.
2. Tapa del cuerpo.
3. Brida del cuerpo en el extremo correspondiente a la cabeza posterior.
4. Brida del cuerpo en el extremo correspondiente a la cabeza fija.
5. Tubuladuras del cuerpo.
6. Placa tubular flotante.
7. Tapa de cabeza flotante.
8. Brida de cabeza flotante.
9. Dispositivo de soporte de la cabeza flotante.
10. Placa tubular fija.
11. Cabeza o tapa fija.
12. Tapa de la cabeza.
13. Tubuladuras de la cabeza.
14. Barras de sujeción y tubos espaciadores.
15. Chapas de desvío transversales o chapas de soporte.
16. Chapa de choque.
17. Separación de paso.
18. Conexión para ventilación.
19. Conexión para drenaje.
20. Conexiones para instrumentos.
21. Soportes.
22. Orejetas para izar.
23. Tubos.
24. Rebosadero.
25. Conexión pira nivel del líquido.
Como complemento de estos nombres, en el dibujo tenemos las denominaciones en inglés.
Pese a lo indicado por TEMA, observando estas figuras anteriores, se puede apreciar que un intercambiador con haz de tubos, está compuesto de cuatro partes principales:
- El distribuidor; podrá ser del tipo con tapa plana ó bien del tipo de fondo abombado; se usará el primero cuando son necesarias limpiezas frecuentes del interior de los tubos el segundo se usara en los demás casos.
- La envolvente o carcasa.
- El haz de tubos; está constituido por cierto número de tubos que se fijan por su extremo sobre la placa tubular, de ordinario mediante mandrinado y sostenido a intervalos regulares por diafragmas. En el caso de los tipos con cabezal flotante el haz de tubos contendrá, además, la tapa de la cabeza flotante y el anillo en dos mitades.
- La tapa de la envolvente.
Acerca de los criterios de elección debemos considerar que los intercambiadores de placa tubular fija son los más simples y, por consiguiente, los más económicos, teniendo el inconveniente de no permitir fuertes dilataciones diferenciales entre los tubos y la envolvente, por lo que su empleo deberá limitarse a los casos en que el salto entre los dos fluidos que participan en el intercambio sea relativamente modesto. Además, no permiten la limpieza de la superficie exterior de los tubos por lo que se podrán usar sólo cuando el fluido que pasa en la envolvente es limpio o cuando esté prevista la limpieza química.
En diferentes casos se podrá elegir entre el tipo de cabeza o cabezal flotante y el de tubo en "U"; se adoptará el primero cuando el fluido en los tubos tiene un elevado índice de suciedad, mientras se usará el intercambiador con tubos en "U" en los otros casos. Se recurre al uso de los intercambiadores a doble tubo en los casos en los cuales la superficie requerida para. un determinado cambio es modesta o bien con fluidos a altísimas presiones o cuando es necesario realizar la contracorriente pura.
El numero de "pasos" a través del intercambiador se determina en relación con la sección de los tubos, un gran numero de pasos significa una mayor velocidad del fluido con lo que se mejora la transferencia de calor, pero aumenta la resistencia, originando una perdida de carga que puede limitar dicho n°.
En petroquímica es conveniente utilizar en los intercambiadores tubos de longitud y diámetros normalizados, de acuerdo con este criterio, las longitudes mas usuales son de 16' y 20', es decir, 3 m., 4,8 m. y 6 m., la longitud de 10' también suele ser utilizada.
Como complemento se adjuntan diversos tipos de soluciones constructivas para intercambiadores de haz tubular.
Como complemento de los intercambiadores de haz tubular se incluyen los de doble tubo.
