Métodos de Diseño para intercambiadores de Doble TuboLos Intercambiadores de Doble tubo, para que sean más eficiente y por lo general se manejan en contracorriente, son útiles por que se pueden armar con partes estándar proporcionando superficies de transferencia de calor de bajo costo. A continuación se presentan las conexiones para los intercambiadores de doble Tubo Tubo Exterior IPS 2 2½ 3 4 Tubo Interior IPS 1¼ 1¼ 2 3 Los intercambiadores de doble tubo por lo general se ensamblan en longitudes efectivas de 12,15 o 20 pies. DISEÑO DE UN INTERCAMBIADOR DE DOBLE TUBO Siempre recordar que sin importar como estará el intercambiador se considerara la ecuación de Fourier Coeficientes de Película para fluidos en tuberías y Tubos La ecuación Se obtuvo para el calentamiento de varios aceites en tuberías basados en datos de Morris y Whitman. Sieder y Tate hicieron una correlación posterior tanto para el calentamiento como enfriamiento de varios fluidos, principalmente de fracciones de petróleo en tubos horizontales y verticales en régimen laminar, basándose de la ecuación anterior se obtuvo la siguiente expresión La expresión anterior corresponde a la L total de la trayectoria de transferencia de calor, correspondiendo a un Reynolds de 100-2100, excepto para agua, después se extendió la expresión para el régimen turbulento Esta ecuación corresponde a Reynolds arriba de 10,000. Aunque las dos últimas ecuaciones fueron obtenidas para tubos, se pueden usar indistintamente para tuberías que son más rugosas y producen más turbulencia, son aplicables a líquidos orgánicos, soluciones acuosas y gases. Estas expresiones no son conservadoras para el agua. Para permitir una representación gráfica de ambas ecuaciones en un solo par de coordenadas, se usara la siguiente gráfica. La ordena se expresa como: La abscisa como DG/, solamente refiriéndose al turbulento aunque se puede usar también en laminar. Fluidos que fluyen en un Anulo: Diámetro Equivalente Cuando un fluido fluye por un conducto que tiene sección diferente a la circular tal como un ánulo es conveniente expresar los coeficientes de transferencia de calor y los factores de fricción mediante los mismos tipos de ecuación. Para el diámetro equivalente corresponde En los cálculos de caída de presión la fricción no solamente se origina por la resistencia del tubo exterior, sino también por la superficie exterior del tubo interior, entonces la expresión que corresponde a esta es la siguiente El Reynolds que afecta a los diámetros se debe de considerar como un aproximado debido a que no se pueden fijar un límite de 2100 superior o inferior. Coeficientes de Película para fluidos en ánulos Los Coeficientes de Película corresponden al coeficiente de convección existente en el fluido Factores de Obstrucción Los coeficientes totales de transferencia de calor requeridos para cumplir las condiciones de proceso deben de ser determinados de la ecuación de Fourier cuando la superficie es conocida y Q con T son conocidos por las condiciones de procesos, si no se conocen se puede obtener de forma independiente Cuando el intercambiador ha estado en servicio, se han depositado incrustaciones y basura tanto de forma interna o externa en las tuberías del intercambiador por lo que el coeficiente de transferencia de calor se expresaría de la siguiente forma Expresando de la siguiente forma Si se desea obtener A, entonces primero se deben conocer los coeficientes de película, con esto se obtiene Uc y también Ud Entonces cuando se desea conocer el depósito o incrustación: O también Algunos valores de obstrucción están reportados en bibliografía que puede servir como punto de comparación para conocer si la incrustación su valor se permite o no. Caídas de Presión Para el espacio anular se utiliza la siguiente relación Y para el espacio interno Ayudándonos de la siguiente grafica que describe la perdida de presión por retorno. T2. se expresa de la siguiente forma Corrección de los coeficientes por viscosidad Cuando el fluido controlante sea muy viscoso. se considera lo siguiente para un coeficiente de película . lado de tubos Diferencia verdadera de Temperatura para los arreglos en serie y paralelo.t1 y t2 varía de acuerdo al arreglo. La MLDT calculada de T1. Los valores de los cp a las temperaturas descritas se obtuvieron de la fuente de internet siguiente: http://books. Kern. Se permiten caídas de presión de con un factor de incrustación mínimo de a) ¿Cuántas horquillas se requieren? b) ¿Cómo deben arreglarse? c) ¿Cuál es el factor final de obstrucción? De acuerdo a la información que se nos proporciona podemos determinar qué: Debido a que los fluidos que estamos manejando en nuestro problema son fracciones del petróleo no hay tablas muy específicas en la bibliografía base Donald Q. para encontrar la cantidad de Gasolina que debe de pasar para que en nuestro diseño no se pierda calor y se cumplan este requerimiento energético que es de suma importancia. . 1) Balance de Energía Usaremos el balance de energía.Ejemplo: Un problema con calculos en serie y paralelo de Gasoil de bajo presión de se enfría de calentado gasolina de en tanto horquillas de de doble tubo de 20 ft de longitud como sean requeridas.com.google.mx/books? id=dwkgt8u2MmIC&pg=PA119&lpg=PA119&dq=calores+especificos+de+fracc iones+del+petroleo. 2) Suposiciones La primera de nuestras suposiciones es que consideramos que el sistema que usaremos será un intercambiador de doble tubo con un arreglo en serie. Y como el fluido en mayor cantidad ira en el tubo interno. Contracorriente Paralelo . Entonces la temperatura media logarítmica para contracorriente y paralelo. 3) Diseño del Intercambiador Procedemos por lo tanto al cálculo y registro de las temperaturas Fluido Caliente (Gasoil) Fluido Frío (Gasolina) Diferencia de Temperaturas Rango Calculo de la diferencia media logarítmica Ahora procederemos a determinar la diferencia de temperaturas media logarítmica a contracorriente. tendremos que basarnos en que el fluido que genera más incrustaciones va en el lugar donde es más fácil su limpieza. Consideramos que el factor de obstrucción que se nos da es el total para nuestro intercambiador que vamos a diseñar. conductividades y viscosidades se determinaron a partir de las temperaturas calóricas. Las propiedades de calores específicos. esto es debido a que los fluidos experimentan variaciones con la temperatura que no son líneas rectas cuando las temperaturas se grafican contra la longitud. usando la formula de nuestra bibliografía base Donald Q. nos queda de la siguiente manera. Para el acomodo de los fluidos. Kern. como ambos son muy viscosos. para su determinación se uso la gráfica 17 de la pagina 932. En el apéndice. Kern. Posteriormente con el dato determinado de y el factor calórico emplearemos la misma grafica y asi determinar la fracción calórica . Tubo Interior Diseño para el tubo interior Usando la tabla de libro Procesos de Transferencia de Calor. Tabla 6. Con el valor de la temperatura del compuesto del petróleo (que nosotros supusimos al promedio (100 °F) y con los grados de la fracción del °API vamos a obtener el dato de Factor calórico . el cual tuvo un valor aproximado de: Calculo de las Temperaturas Calóricas Las temperaturas calóricas permiten evaluar las propiedades de los fluidos para calcular Reynolds y las pérdidas de carga del equipo. Procesos de Transferencia de calor. También permiten utilizar simplificaciones útiles. .2 pagina 142. Kern. pagina 123. Donald Q.Ahora vamos a determinar las temperaturas calóricas usando las expresiones que aparecen en el libro base. Donald Q. debemos de calcular los parámetros adimensionales auxiliares tales como el Reynolds.Como en el ejercicio se nos indica que el intercambiador de doble tubo es de 3x2 in IPS tendremos que para el diseño correspondiente que estamos manejando usaremos: El área de flujo para nuestro tubo interior tendremos que es Si diseñamos para el área de flujo que corresponde tendremos que: Calculo de la velocidad de masa del fluido (Gasolina) Como ya se mencionó estamos usando que el arreglo que se llevara a cabo será en serie por lo que. . el cual es de suma importancia para ver el régimen en el que se está comportando nuestro fluido. la expresión para la velocidad de masa del fluid es: Determinación del coeficiente de transferencia por convección Primero para ver cuál correlación nos ayudara a determinar el coeficiente de transferencia. Donald Q. Kern. que describe: Ahora como referencia de diseño en intercambiadores de doble tubo es costumbre usar la superficie exterior del tubo interior como la superficie de referencia en la ecuación de diseño: . Por lo tanto el Reynolds está definido: Debido a que el valor del Reynolds describe un régimen turbulento y en la grafica 24 del apéndice del libro Procesos de Transferencia de Calor. En el apéndice del libro que se está manejando en la Grafica 15 (Página 928) con la tabla de rangos para la sustancia (Página 926) al igual que de la Grafica 1 (Página 908). las propiedades se buscaron a .Entonces para el cálculo de estos parámetros buscamos las propiedades del fluido que estamos analizando que se encuentra en la tubería interior a la temperatura calórica que se obtuvo anteriormente es decir. Por lo que usaremos una correlación vista en clase. en este valor de Reynolds no toca la línea (Tendencia de valore experimentales) para encontrar el factor de transferencia de calor . 2 pagina 142. haciendo Los datos de los diámetros el valor de referida al diámetro externo. se basa en el área correspondiente del diámetro interior donde la superficie por ft de longitud es de es . debe ser corregida.Y puesto que se ha determinado para y no para A. En el exterior del tubo la superficie por ft de longitud . Tabla 6. se determinaron de los datos dados anteriormente y con la tabla 6. Donald Q. Donald Q. Kern. y de nuevo. Procesos de Transferencia de Calor. Para el cálculo del número de Reynolds en el anulo se utilizará el diámetro equivalente de calor mostrado en la tabla .2 pagina 142. Espacio Anular Diseño para el espacio anular Usando la tabla de libro Procesos de Transferencia de Calor. Kern. debemos de calcular los parámetros adimensionales auxiliares tales como el Reynolds. En el apéndice del libro que se está manejando en la Grafica 15 (Página 928) con la tabla de rangos para la sustancia (Página 926) al igual que de la Grafica 1 (Página 908). para el espacio anular primero para ver cual correlación nos ayudara a determinar el coeficiente de transferencia. Pero para obtener la viscosidad tuvimos que extrapolar en la Grafica 14 (Página 928) Por lo tanto el Reynolds está definido: .Calculo de la velocidad de masa del fluido (Gasoil) En este caso la cantidad de flujo que pasa por el espacio anular se mantiene igual y no se divide por lo que tendremos que: Determinación del coeficiente de transferencia por convección Al igual que para el tubo interno. el cual es de suma importancia para ver el régimen en el que se está comportando nuestro fluido. Entonces para el cálculo de estos parámetros buscamos las propiedades del fluido que estamos analizando que se encuentra en la tubería interior a la temperatura calórica que se obtuvo anteriormente es decir. las propiedades se buscaron a . y el otro método es usando la correlación la cual será la misma a la del tubo interno.Debido a que el valor del Reynolds describe un régimen en transición y en la gráfica 24 del apéndice del libro Procesos de Transferencia de Calor. y finalmente determinar los coeficientes globales. Kern. Determinación de las temperaturas de pared Una vez que ya tenemos los correspondientes coeficientes de convección podemos determinar las temperaturas de pared. Temperatura de pared del espacio interno A esta temperatura de pared usando la gráfica 14 del apéndice del libro Donald Q. Página 928. para con estas determinar la viscosidad de la pared. Donald Q. podríamos realizar dos métodos uno grafico por medio de la figura que se muestra en el apéndice del libro para determinar el coeficiente de transferencia . tenemos que la viscosidad para Gasolina será: . a excepción que está relacionada con el coeficiente interno de convección. Kern. Página 928. Kern. Coeficientes de Transferencia Coeficiente de Global de Transferencia Limpio . tenemos que la viscosidad para Gasoil será: Una vez que ya contamos con la relación de viscosidades podemos determinar los coeficientes de convección del sistema interno y externo.Temperatura de pared del anulo A esta temperatura de pared usando la gráfica 14 del apéndice del libro Donald Q. para que a su vez logremos determinar el coeficiente global del intercambiador en condiciones dadas de operación. se considerará el flujo en contracorriente y paralelo. por lo que: Coeficiente Global de Transferencia de diseño Una vez que dejamos en claro sobre el factor de obstrucción tendremos que: Determinación del número de horquillas Ahora para obtener el número de horquillas debemos de hacer relación con la superficie que tenemos por medio de nuestra ecuación de diseño que hemos estudiado durante el semestre: Ahora.Nosotros para el diseño de nuestro intercambiador supusimos que el valor del factor de obstrucción mínimo y límite para trabajar. en base de su Contracorriente Paralelo . Página 949. la superficie externa se obtuvo de la tabla 11 del apéndice del libro de Procesos de Transferencia de Calor. Para tubos IPS para 2 in superficie por pie lineal. que al realizar la determinación de las horquillas obtenemos que: Flujo a contracorriente 3 Flujo en Paralelo 3 Cabe mencionar que no es lo mismo usar corrientes en paralelo y a contracorriente. que usar un arreglo en paralelo y en serie. Flujo a contracorriente Flujo en Paralelo Para el número de horquillas tendremos que: Por lo que tendremos. También se supuso que el material de la tubería de acero de cedula 40 que es la que se conoce comúnmente como el estándar.Ahora con el área vamos a determinar la longitud requerida. . Rediseño de nuestro coeficiente global de transferencia Antes de comenzar con el siguiente inciso que es el cálculo de las caídas de presión es preciso hacer referencia a que como realmente no tenemos un número exacto de horquillas y lo interpretaremos tenemos que rediseñar el coeficiente global de diseño por medio del área como a continuación veremos: Flujo Contracorriente Flujo en Paralelo Corrección del Factor de Obstrucción (Factor de Obstrucción Final) Flujo Contracorriente Flujo en Paralelo Caídas de Presión para el finalizado y aprobación en el diseño del intercambiador de calor Caídas de Presión en el espacio anular Ahora para este paso usaremos el diámetro equivalente pero el hidráulico para determinar el Reynolds. o ya sea por el método grafico (Gráfica de Moody) encontrar el factor de fricción de la tubería. . y determinando su régimen determinar por medio de una correlación. Kern.2 de la pagina 141. calculamos el valor de la gravedad especifica del gasoil 26°API a . Factor de Fricción A partir de la figura 6 –Gravedades específicas de hidrocarburos-. Procesos de Transferencia de Calor. Donald Q.Usando la tabla 6. Por lo tanto el régimen está en transición por lo que usaremos la ecuación siguiente. suponiendo que el tubo que manejamos es de acero comercial. cuyo valor es de Si la densidad del agua a 406°F es de Por lo tanto tendremos que para el espacio anular esta la siguiente expresión: Calculamos . Pero al haber 3 horquillas. este valor se multiplica por 3 Finalmente tendremos que la caída de presión para el espacio anular es de: Como podemos observar la presión es menor a la permitida. por lo que nuestra caída de presión es accesible de acuerdo a nuestro diseño del equipo. Caídas de Presión en la tubería interna El valor del número de Reynolds será el mismo valor ya utilizado para el Re en el tubo interno Por lo que al usar la expresión para determinar el factor de fricción Ahora ya podemos determinar la caída de presión la cual será: . Para en Paralelo Calculo de la diferencia media logarítmica Ahora procederemos a determinar la diferencia de temperaturas media logarítmica a contracorriente. pagina 123. usando la formula de nuestra bibliografía base Donald Q. . esto es debido a que los fluidos experimentan variaciones con la temperatura que no son líneas rectas cuando las temperaturas se grafican contra la longitud. Kern. Por lo cual el arreglo supuesto en serie no es el correcto y el más indicado. quizás con las condiciones térmicas pero no las hidráulicas.Por lo que la caída de presión no se encuentra dentro del intervalo permitido podemos decir que el diseño de nuestro intercambiador no cumple con las condiciones necesarias de operación. Ahora vamos a determinar las temperaturas calóricas usando las expresiones que aparecen en el libro base. Posteriormente con el dato determinado de y el factor calórico emplearemos la misma grafica y asi determinar la fracción calórica . En el apéndice. También permiten utilizar simplificaciones útiles. Tubo Interior Diseño para el tubo interior Usando la tabla de libro Procesos de Transferencia de Calor. Kern. Kern. el cual tuvo un valor aproximado de: Calculo de las Temperaturas Calóricas Las temperaturas calóricas permiten evaluar las propiedades de los fluidos para calcular Reynolds y las pérdidas de carga del equipo. Procesos de Transferencia de calor.Con el valor de la temperatura del compuesto del petróleo (que nosotros supusimos al promedio (100 °F) y con los grados de la fracción del °API vamos a obtener el dato de Factor calórico . Tabla 6. para su determinación se uso la gráfica 17 de la pagina 932. Donald Q. Como en el ejercicio se nos indica que el intercambiador de doble tubo es de 3x2 in IPS tendremos que para el diseño correspondiente que estamos manejando usaremos: . Donald Q.2 pagina 142. la expresión para la velocidad de masa del fluid será: Determinación del coeficiente de transferencia por convección Primero para ver cual correlación nos ayudara a determinar el coeficiente de transferencia. En el apéndice del libro que se está manejando en la Grafica 15 (Página 928) con la tabla de rangos para la sustancia (Página 926) al igual que de la Grafica 1 (Página 908). disminuyendo la caída de presión en el intercambiador por lo que. las propiedades se buscaron a . el cual es de suma importancia para ver el régimen en el que se está comportando nuestro fluido. Entonces para el cálculo de estos parámetros buscamos las propiedades del fluido que estamos analizando que se encuentra en la tubería interior a la temperatura calórica que se obtuvo anteriormente es decir. debemos de calcular los parámetros adimensionales auxiliares tales como el Reynolds. .El área de flujo para nuestro tubo interior tendremos que es Si diseñamos para el área de flujo que corresponde tendremos que: Calculo de la velocidad de masa del fluido (Gasolina) Como ya se menciono anteriormente la ventaja de usar un arreglo en paralelo es que el flujo se divide. En el exterior del tubo la superficie por ft de longitud es . se basa en el área correspondiente del diámetro interior donde la superficie por ft de longitud es de . que describe: Ahora como referencia de diseño en intercambiadores de doble tubo es costumbre usar la superficie exterior del tubo interior como la superficie de referencia en la ecuación de diseño: Y puesto que se ha determinado para y no para A. Por lo que usaremos una correlación vista en clase. debe ser corregida. Donald Q. . y de nuevo. haciendo el valor de referida al diámetro externo. en este valor de Reynolds no toca la línea (Tendencia de valore experimentales) para encontrar el factor de transferencia de calor .Por lo tanto el Reynolds está definido: Debido a que el valor del Reynolds describe un régimen turbulento y en la grafica 24 del apéndice del libro Procesos de Transferencia de Calor. Kern. Tabla 6. Kern. Donald Q.2 pagina 142.Los datos de los diámetros se determinaron de los datos dados anteriormente y con la tabla 6. Para el cálculo del numero de Reynolds en el anulo se utilizará el diámetro equivalente de calor mostrado en la tabla Calculo de la velocidad de masa del fluido (Gasoil) En este caso la cantidad de flujo que pasa por el espacio anular se mantiene igual y no se divide por lo que tendremos que: . Espacio Anular Diseño para el espacio anular Usando la tabla de libro Procesos de Transferencia de Calor. Donald Q. Kern.2 pagina 142. Procesos de Transferencia de Calor. el cual es de suma importancia para ver el régimen en el que se está comportando nuestro fluido. para el espacio anular primero para ver cual correlación nos ayudara a determinar el coeficiente de transferencia. Pero para obtener la viscosidad tuvimos que extrapolar en la Grafica 14 (Página 928) Por lo tanto el Reynolds está definido: Debido a que el valor del Reynolds describe un régimen en transición y en la grafica 24 del apéndice del libro Procesos de Transferencia de Calor. debemos de calcular los parámetros adimensionales auxiliares tales como el Reynolds.Determinación del coeficiente de transferencia por convección Al igual que para el tubo interno. Entonces para el cálculo de estos parámetros buscamos las propiedades del fluido que estamos analizando que se encuentra en la tubería interior a la temperatura calórica que se obtuvo anteriormente es decir. las propiedades se buscaron a . podríamos realizar dos métodos uno grafico por medio de la figura que se muestra en el apéndice del libro para determinar el coeficiente de Universidad de Guanajuato . En el apéndice del libro que se está manejando en la Grafica 15 (Página 928) con la tabla de rangos para la sustancia (Página 926) al igual que de la Grafica 1 (Página 908). Kern. Donald Q. y finalmente determinar los coeficientes globales.transferencia . Kern. Temperatura de pared del espacio interno A esta temperatura de pared usando la grafica 14 del apéndice del libro Donald Q. tenemos que la viscosidad para Gasolina será: . a excepción que está relacionada con el coeficiente interno de convección. y el otro método es usando la correlación la cual será la misma a la del tubo interno. Determinación de las temperaturas de pared Una vez que ya tenemos los correspondientes coeficientes de convección podemos determinar las temperaturas de pared. para con estas determinar la viscosidad de la pared. Página 928. Coeficientes de Transferencia Coeficiente de Global de Transferencia Limpio . Kern.Temperatura de pared del tubo anular A esta temperatura de pared usando la grafica 14 del apéndice del libro Donald Q. Página 928. tenemos que la viscosidad para Gasoil será: Una vez que ya contamos con la relación de viscosidades podemos determinar los coeficientes de convección del sistema interno y externo. para que a su vez logremos determinar el coeficiente global del intercambiador en condiciones dadas de operación. por lo que: Coeficiente Global de Transferencia de diseño Una vez que dejamos en claro sobre el factor de obstrucción tendremos que: Determinación del numero de horquillas Ahora para obtener el número de horquillas debemos de hacer relación con la superficie que tenemos por medio de nuestra ecuación de diseño que hemos estudiado durante el semestre: Ahora.Nosotros para el diseño de nuestro intercambiador supusimos que el valor del factor de obstrucción mínimo y límite para trabajar. se considerará el flujo en contracorriente y paralelo. en base de su Contracorriente Paralelo . Para tubos IPS para 2 in superficie por pie lineal. Antes de comenzar con el siguiente inciso que es el cálculo de las caídas de presión es preciso hacer referencia a que como realmente no tenemos un número exacto de horquillas y lo interpretaremos tenemos que rediseñar el coeficiente global de diseño por medio del área como a continuación veremos: .Ahora con el área vamos a determinar la longitud requerida. También se supuso que el material de la tubería de acero de cedula 40 que es la que se conoce comúnmente como el estándar. la superficie externa se obtuvo de la tabla 11 del apéndice del libro de Procesos de Transferencia de Calor. se considerará 3 horquillas en general. interpretaremos este valor a que se necesitarán: Debido a que la diferencia de longitud requerida para flujo paralelo y contracorriente es mínima. Flujo a contracorriente Flujo en Paralelo Para el número de horquillas tendremos que: Debido a que tenemos que llevar el diseño de nuestro del intercambiador a las condiciones más óptimas y drásticas vamos decir. Página 949. Kern.Flujo Contracorriente Flujo en Paralelo Corrección del Factor de Obstrucción (Factor de Obstrucción Final) Flujo Contracorriente Flujo en Paralelo Caídas de Presión para el finalizado y aprobación en el diseño del intercambiador de calor Caídas de Presión en el espacio anular Ahora para este paso usaremos el diámetro equivalente pero el hidráulico para determinar el Reynolds. o ya sea por el método grafico (Gráfica de Moody) encontrar el factor de fricción de la tubería. Usando la tabla 6.2 de la pagina 141. y determinando su régimen determinar por medio de una correlación. Donald Q. Procesos de Transferencia de Calor. . cuyo valor es de Si la densidad del agua a 406°F es de Por lo tanto tendremos que para el espacio anular esta la siguiente expresión: Calculamos . calculamos el valor de la gravedad especifica del gasoil 26°API a .Por lo tanto el régimen está en transición por lo que usaremos la ecuación siguiente. Factor de Fricción A partir de la figura 6 –Gravedades específicas de hidrocarburos-. suponiendo que el tubo que manejamos es de acero comercial. por lo que nuestra caída de presión es accesible de acuerdo a nuestro diseño del equipo.Pero al haber 3 horquillas. Caídas de Presión en la tubería interna El valor del número de Reynolds será el mismo valor ya utilizado para el Re en el tubo interno Por lo que al usar la expresión para determinar el factor de fricción 0. este valor se multiplica por 3 Finalmente tendremos que la caída de presión para el espacio anular es de: Como podemos observar la presión es menor a la permitida.0043 Ahora ya podemos determinar la caída de presión la cual será: . Por lo que la caída de presión se encuentra dentro del intervalo permitido podemos decir que el diseño de nuestro intercambiador cumple con las condiciones necesarias de operación no solo térmicas sino hidráulicas. La manufactura de los serpentines. ya que esto reduce el área de flujo. • Donde la caída de presión de un fluido está limitada (por ejemplo. debido al flujo a través de otro equipo del proceso). o serpentines helicoidales dobles en los que la entrada y salida están convenientemente localizados a lado y lado. El intercambiador de calor de doble tubo normalmente se usaría para muchos sistemas continuos que tienen deberes de calor de pequeño a mediano. Los serpentines helicoidales de cualquier tipo se instalan frecuentemente en recipientes cilíndricos verticales. particularmente con diámetros superiores a una pulgada. se construyen doblando longitudes variadas de tubería de cobre. y siempre se provee de un espacio entre le serpentín y la pared del recipiente para circulación. Sin embargo. acero o aleaciones. . ya sea con agitador o sin él. Intercambiadores de Serpentin El serpentín de tubo proporciona uno de los medios más baratos de obtener superficie para transferencia de calor. donde no pueda ponerse un tubo recto largo • Bajo las condiciones de flujo del laminar o el velocidad de flujo bajo. donde un intercambiador de calor de coraza y tubo se pondría antieconómico debido a los coeficientes de transferencia de calor bajos resultantes. que es un espiral enrollado en un plano de manera que se puede localizar cerca del fondo de un recipiente para transferir calor por convección libre. Otro tipo de serpentín es el de espiral plano. requiere técnicas especiales para evitar que el tubo se colapse dando secciones elípticas. el intercambiador de calor de rollo helicoidal (HCHE) podría ser una opción mejor en algunos casos: • Donde el espacio está limitado. para darle forma de hélice. se toman ambos espacios libres como do/2. El volumen del ánulo. deben conocerse los siguientes parámetros 1. El volumen ocupado por el serpentín. es 1. Para calcular los coeficientes de transferencia de calor en el serpentín y en el ánulo. que es el espacio entre cada vuelta consecutiva del serpentín (medido de centro a centro). se computa la velocidad de masa del fluido. Asumiendo que la velocidad media del fluido es uniforme. Determinar los coeficientes de transferencia de calor. La longitud del serpentín. ho. NRe. El volumen disponible para el flujo del fluido en el ánulo. necesaria para N vueltas: 2. El diapasón. en el rango de 50 – 10000. Los espacios libres mínimos entre las paredes del ánulo y el serpentín y entre dos giros consecutivos del serpentín deben ser iguales. El diámetro equivalente. Para número de Reynolds.5 do. Vf: 5. debe usarse la ecuación . Los fluidos fluyen dentro del serpentín y el ánulo. Va: 3. Gs. p. Vc: 4. Las dimensiones de ambos cilindros son determinadas por la velocidad del fluido en el ánulo necesario para encontrar los requisitos de transferencia de calor.Poniendo la velocidad del fluido del anulo en un HCHE a aproximadamente 1 m/s. puede ser calculado usando una de las siguientes dos ecuaciones. basado en el espacio libre mínimo entre la hélice y la pared del cilindro. la siguiente ecuación es recomendada: Para NRe por encima de 10000. la caída de presión será baja. Un HCHE consiste en un rollo helicoidal (serpentín) fabricado fuera de un tubo de metal que se ajusta en la porción anular de dos cilindros concéntricos. L. con transferencia de calor que tiene lugar por la pared del serpentín. En este caso. De: El coeficiente de transferencia de calor en el ánulo. es obtenido usando cualquiera de dos métodos para tubo recto. hi . jH vs. el número de vueltas necesarias del serpentín puede ser calculado por: El número real de vueltas necesarias. está dado por: Determinar el área requerida. y L es expresado en términos de N. la relación de Sieder-Tate o la gráfica del factor de Colburn. Desde A = πdoL. . hio. es simplemente redondear N al número entero siguiente. despejando la ecuación de Fourier para este caso: Determinar el número de vueltas del serpentín. El coeficiente basado en el diámetro externo del serpentín. n. puede ser determinada usando métodos convencionales.El coeficiente de transferencia de calor del fluido que fluye dentro del serpentín. es obtenido por: El coeficiente global de transferencia de calor. NRe. hio. El coeficiente de transferencia de calor basado en el diámetro interno. U.
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