Metodología de la Ciencia. Revista de la Asociación Mexicana de Metodología de la Ciencia y de la Investigación, A.C.
Metodología para el diseño de un intercambiador de calor de tubo de coraza1 Dra. Rita Aguilar Osorio Rafael Flores González Instituto Politécnico Nacional, México
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Resumen En este trabajo se presenta la metodología para el diseño mecánico de un intercambiador de calor de tubo y coraza. Para el desarrollo de esta metodología se consideraron las características del fluido de trabajo, que en este caso fue agua fría y agua caliente, los flujos, las temperaturas máximas y mínimas de operación, la corrosión permisible, los esfuerzos permisibles de los materiales, las condiciones del banco de pruebas y el espacio en el laboratorio. Para la aplicación de la metodología propuesta se desarrolló un programa computacional utilizando el lenguaje Visual Basic, con el cual se obtuvieron las dimensiones de los componentes del intercambiador. Este consistió principalmente, de una coraza cilíndrica de diámetro interno de 185 mm con una longitud de 1163.6 mm; 55 tubos en un arreglo triangular de 30º con un diámetro interno de 14.475 mm, una longitud de 1200 mm; 12 mamparas con un diámetro de 182.7 mm, un corte del 25%, un espesor de 1.6 mm y un espaciamiento entre mamparas de y 83.25 mm, respectivamente; los espejos fijos con un diámetro de 342.9 mm; canales y tapas de diámetro interno de 203.4 mm. Con los resultados obtenidos se fabricó el intercambiador de calor.
Palabra claves: Metodología para el diseño de un intercambiador de calor, diseño de in intercambiador, Intercambiador de calor, dimensionamiento de un intercambiador de calor.
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Ponencia presentada en el V Congreso Internacional de Metodología de la Ciencia y de la Investigación para la Educación. Ciudad de Villahermosa, Tab. México. 2009. Año 2, Volumen 2, Número 1, Enero-Junio de 2010, México. 56
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Abstract In this work a methodology for mechanical design of a shell and tube heat exchanger is presented. The methodology was carried out based on the characteristic of the fluid (in this particular case was cool and hot water), flow rates, maximum and minimum temperatures of operation, allowable corrosion and stress of the materials and conditions of the experimental rig. In order to use the methodology a computational program in Visual Basic was developed for sizing the components of the exchanger. The results obtained were, mainly, a cylindrical shell with internal diameter of 185 mm and length of 1163.6 mm; 55 tubes in a triangular tube layout of 30º with internal diameter of 14.475 mm and length of 1200 mm; 12 baffles with diameters of 182.7 mm and a cut of 25%, thickness and central spacing of 1.6 and 83.25 mm, respectively; fixed tubesheet with diameter of 342.9 mm; channels and covers with internal diameter of 203.4 mm.
Key words: Design methodology of a heat exchanger, heat exchanger design, heat exchanger, sizing of a heat exchanger.
Año 2, Volumen 2, Número 1, Enero-Junio de 2010, México.
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Introducción Existen muchos procesos de ingeniería que requieren de la transferencia de calor. Para este proceso se necesitan los intercambiadores de calor, los cuales se utilizan para enfriar o calentar fluidos. Por muchos años, el diseño de estos equipos ha sido un gran reto para los investigadores, debido a las exigencias del ahorro energético.
Los intercambiadores de calor de tubo y coraza son equipos ampliamente utilizados en la industria Mexicana. Sin embargo, de la revisión bibliográfica realizada, se observa que la información actual que hay en México sobre el diseño mecánico, selección de materiales y fabricación de un intercambiador de calor, es escasa. También se realizó una investigación en la industria mexicana relacionada con el diseño y construcción de los intercambiadores de calor, de la cual se observó que no existe tecnología propia, que las pocas industrias del país solamente se dedican a la venta y en algunos casos a la maquila de estos equipos. Como consecuencia estos equipos son importados. También se observó que aunque existen normas, códigos y manuales para el desarrollo de estos equipos, no existe una metodología para el diseño de éstos.
El objetivo principal de este proyecto fue proponer una metodología para diseñar un intercambiador de calor de tubo y coraza, con la finalidad de autoequipar un laboratorio de investigación relacionada con la aplicación de metodologías para diseñar y fabricar intercambiadores de calor, así como también para analizar el proceso de estos equipos, formando recursos humanos que tengan el conocimiento y la experiencia en el desarrollo de metodologías para desarrollar investigación y tecnología.
Este proyecto fue apoyado por la Secretaria de Posgrado e Investigación del IPN, el cual se realizó en la Sección de Estudios de Posgrado e Investigación de la ESIME Zacatenco del IPN. Metodología general de proyecto La metodología general de este proyecto de investigación consistió principalmente de los siguientes pasos: Año 2, Volumen 2, Número 1, Enero-Junio de 2010, México.
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1. Realizar una revisión bibliográfica, de la cual se observó, que aunque existen normas, códigos, y manuales para el desarrollo de estos equipos, no existe una metodología para el diseño y fabricación de estos. 2. Proponer una metodología para diseñar el intercambiador de calor. 3. Desarrollar un programa computacional para utilizar la metodología propuesta para dimensionar los componentes del intercambiador. Aunque existen programas comerciales para el diseño de estos equipos, éstos son muy caros y a veces no cumplen específicamente con los requerimientos de la industria mexicana. 4. Con los cálculos obtenidos del programa computacional y la selección de materiales se construyó el intercambiador de calor utilizando un centro de maquinado de control numérico, en el cual se utilizó el programa Mastercam. Metodología para el diseño mecánico del intercambiador La eficiencia óptima de un intercambiador de calor requiere, de una buena metodología para el diseño y una apropiada selección de los materiales para su construcción. Para esto, es necesario conocer las condiciones de operación del equipo, la corrosión y el ensuciamiento que pueden ocasionar los fluidos de trabajos, así como también las propiedades físicas, químicas y mecánicas de los materiales y el costo.
Para el desarrollo de la metodología propuesta para el diseño del intercambiador se utilizaron la norma Tubular Exchanger Manufactures Association (TEMA) [1], el Código de la American Society of Mechanical Engineering (ASME) Sección VIII [2], Manuales [3, 4, 5, 6 7, 8], artículos e información encontrada en la literatura especializada en este campo, así como también los conocimientos adquiridos en el área de transferencia de calor, mecánica de fluidos, ciencia de los materiales, vibraciones mecánicas, corrosión, ensuciamiento, diseño mecánico, etc. Los pasos para el diseño del intercambiador se describen a continuación: Paso 1. Condiciones de operación. Las condiciones de operación del intercambiador para el diseño mecánico del intercambiador de calor fueron los rangos de temperatura de operación máximos y mínimos fueron de 80ºC a 40 ºC en los tubos y de 10ºC a 20ºC en la coraza, y los rangos de los flujos máximos fueron de 15000 l/h en los tubos y en la coraza. El flujo del fluido seleccionado en los tubos fue de un solo paso. Estos datos fueron considerados en
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función del espacio del laboratorio y de las condiciones del banco de pruebas. Los fluidos de trabajo fueron agua fría y agua caliente. Paso 2. Determinaron el diámetro exterior y el espesor de la coraza; el diámetro externo, espesor de los tubos y longitud de los tubos. Éstos datos fueron determinados de TEMA [1], ASME [2] y Taborek [3 y 8] en función del espacio del laboratorio y de las condiciones del banco de pruebas y se muestran en la tabla 1. Tabla 1. Dimensiones de la coraza y los tubos [9] Des
221
mm
ts
18
mm
Det
15.88
mm
Espesor de los tubos
tt
0.7
mm
Longitud total de los tubos
Lt
1200
mm
Diámetro exterior de la coraza, Espesor de la coraza Diámetro exterior de los tubos
PASO 3. Selección de los materiales para la fabricación del intercambiador. Ésta selección se realizó en relación al funcionamiento de cada componente del equipo. También se analizó el costo y la facilidad de encontrar el material en el mercado. En la tabla 2 se muestran los materiales seleccionados. Tabla 2. Materiales seleccionados para los componentes del intercambiador de calor [9,10] Componente
Material
Coraza
Acrílico
Tubos
SB-88
Mamparas
SA-36
Barras de soporte
SA-36
Espejos
SA-105
Tapas
SA-234
Canales
SA-53
Bridas
SA-105
Boquillas de los cabezales
SA-53
Boquillas de la coraza
PVC Industrial
SA-Aceros al carbono, SB-Aleaciones de cobre y aluminio.
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Paso 4. Obtención de la presión máxima interna de diseño. Para calcular la presión máxima en la coraza para un material termoplástico (en este caso el acrílico) se utilizó la siguiente ecuación [9, 11]: Psd
20 S s t s Des t s
(1)
Siendo Des: el diámetro exterior de la coraza, Ss: el esfuerzo permitido del acrílico a la temperatura de diseño y ts: el espesor de la coraza. Paso5. Cálculo de la longitud y el diámetro interior de la coraza. Con la finalidad de visualizar el comportamiento del flujo del fluido a través de la coraza del intercambiador, se seleccionó un material transparente, acrílico.
La longitud de la coraza se determinó con la siguiente expresión:
Ls
Lt
2(tts
pts )
(2)
Siendo Lt: la longitud total de los tubos, tts: es el espesor del espejo y pts: es la profundidad del canal de los espejo para tener una mejor unión entre la coraza y los espejos de entrada y salida.
El diámetro interior de la coraza, Dis, se calculó con la siguiente ecuación: Dis
Des
2t s
(3)
Paso 6. Obtención de la presión interna máxima de diseño en los tubos. La presión interna máxima de diseño en los tubos, Ptd, se calculó por [2,5]:
Ptd
2St Et tt Dit 1.2tt
(4)
Siendo St: el esfuerzo permitido del material de los tubos a la temperatura de diseño, Et: la eficiencia de la junta de los tubos, en este caso fue de 1 por ser tubos sin costura, tt: el espesor de la pared de los tubos y Dit: el diámetro interno de los tubos, el cual fue calculado al sustituir el diámetro exterior de los tubos, Det: la siguiente relación:
Dit
Det
2tt (5)
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(5)
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Paso 7.- Selección del arreglo de los tubos. El arreglo más apropiado para este caso, fue el triangular de 30o, debido a que, con este arreglo, se obtiene una mayor área de transferencia de calor. El paso del fluido entre los tubos, Ltp se calculó con 1.5 veces el diámetro exterior de los tubos, fp, y se expresa por: Ltp
(6)
f p Det
El paso o claro que hay entre la coraza y el arreglo de tubos, Lbb, se determinó de la figura mostrada por J. Taborek [3, 8], que relaciona el diámetro interno de la coraza, Dis, con el tipo de espejo, en este caso es un espejo fijo. Paso 8.- Obtención del número de tubos. El número de tubos se calculó de acuerdo a las siguientes ecuaciones:
Dotl
Dis
Lbb
(7)
Dctl
Dotl
Det
(8)
Siendo Dotl: el diámetro exterior del arreglo de tubos y Dctl: el diámetro del arreglo de tubos. Utilizando los valores de Dotl, Lbb y la constante, C1, para un arreglo de tubos triangular de 30º (C1 = 0.866) tomada de J. Taborek [8] se calculó el número total de tubos, Ntt con la siguiente expresión: N tt
0.78 Dctl2 C1 L2tp
(9)
Paso 9.-Obtención del área de transferencia de calor. El área de transferencia de calor del arreglo de los tubos, Att, se determinó utilizando el diámetro interno de los tubos, Dit, la longitud de los tubos, Lt, y del número total de tubos, Ntt, de la siguiente manera [3, 4, 8]:
Att
4
Dit Lt N tt
(10)
PASO 10.- Selección y dimensionamiento de las mamparas. Del análisis realizado por R. Flores González [9, 10, 12, 13] se observó que la mampara más apropiada para este caso, es la mampara simple con un corte horizontal del 25%. El dimensionamiento de las mamparas incluye el porcentaje del corte, el diámetro de las mamparas, el claro entre los Año 2, Volumen 2, Número 1, Enero-Junio de 2010, México.
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tubos y las
mamparas, el claro entre la coraza y las mamparas, la distancia de las
mamparas de entrada, de salida y centrales, el número de mamparas y el espesor de éstas.
La máxima distancia entre los tubos sin soporte (es decir, los tubos dentro del espacio segmentado de la mampara) Lb,max, se determinó con base en las características del material de los tubos y del diámetro exterior de los tubos, Det, la cual se determina con la siguiente expresión [3, 4,8]: Lb ,max
60 Det 177
(11)
El claro que existe entre el barreno de las mamparas y los tubos, Ltb, se obtuvo de la referencia [6] con el diámetro exterior de los tubos, Det, y la máxima distancia no soportada de los tubos, Lb,max. El claro entre las mamparas y los tubos, obtenido, esta dentro del rango establecido por TEMA y Saunders [1, 4].
El claro mínimo que hay entre la coraza y las mamparas, Lsb, se determinó con el diámetro interno de la coraza, Dis, al utilizar la siguiente ecuación [3, 8]:
Lsb
1.6 0.004 Dis
12)
Este valor es menor al recomendado por TEMA [1], asegurando menor fugas entre el claro de la coraza y las mamparas. La figura 1 muestra los claros entre las mamparas con la coraza y los tubos.
Figura 1. Claros entre las mamparas con la coraza y tubos[9]
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El diámetro de las mamparas, Db, se calculó con el diámetro interno de la coraza, Dis, y el claro que hay entre la coraza y mamparas, Lsb, utilizando la siguiente expresión:
Db
Dis
Lsb
(13)
El corte de las mamparas, Cb, se calculó con el diámetro interno de la coraza, Dis, y del porcentaje de corte, Bc, que en este caso fue del 25% ideal para mamparas segmentadas simples, por medio de la siguiente expresión [3, 4, 8]:
Cb
Bc Dis 100
(14)
El diámetro de los barrenos de las mamparas se determinó con la siguiente expresión: Dbb
Det
Ltb
(15)
Siendo Dbb: el diámetro de los barrenos de las mamparas y Ltb: el claro entre las mamparas y los tubos. La figura 2 muestra la mampara simple con el diámetro y corte calculados, así como el diámetro de los barrenos de las mamparas.
Figura 2. Mampara simple con corte horizontal [9,10,12]
La longitud de los tubos que hay entre los espejos fijos, Lti, se calculó de la siguiente manera [6]:
Lti
Lt
2tts
(16)
Siendo Lt: la longitud total de los tubos y tts: el espesor de los espejos fijos.
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Para determinar la distancia de separación entre las mamparas centrales, se utilizó la figura mostrada en la referencia [8], cual utiliza para mamparas segmentadas simples sin cambio de fase del fluido en la coraza, como en este caso.
Esta figura relaciona el porcentaje de corte de la mampara, Bc, la distancia entre mamparas centrales, Lbc, y el diámetro interno de la coraza, Dis. El valor obtenido de la figura anterior se relaciona de la siguiente manera:
Lbc Dis
0.45
(17)
Despejando a Lbc se obtiene la separación entre mamparas centrales:
Lbc
0.45Dis
(18)
La distancia entre mamparas centrales calculada está dentro de los establecidos por TEMA, Taborek y Kakac [1, 3, 8,14], con la cual se logra un recorrido óptimo del fluido a través del arreglo de tubos.
El número de mamparas que direccionan el flujo de trabajo en la coraza a través del arreglo de tubos, se determinó de la siguiente manera [3]:
Nb
Lti Lbc
1
(19)
siendo Nb: el número de mamparas, Lti: la longitud de los tubos entre espejos y Lbc: la distanc ia entre mamparas centrales.
El número de mamparas obtenidos a lo largo de la coraza fue de 12, este número de mamparas permitió la adecuada distancia de la mampara de entrada y salida, como lo recomienda TEMA [1] y Gupta [1,15].
La distancia de la mampara de entrada y salida, Lb,ent y Lb,sal, con respecto a los espejos fijos fue la misma para este caso, debido a que permitieron la adecuada distancia del diámetro exterior de las boquillas de entrada y salida de la coraza como lo sugiere Saunders [4] y ésta se calculó con la siguiente expresión: Año 2, Volumen 2, Número 1, Enero-Junio de 2010, México.
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Lb ,ent
Lb , sal
0.5( Lti
Lbc ( N b
1))
(20)
Siendo Lti: la longitud de los tubos, Lbc: la distancia entre mamparas centrales y Nb: el número de mamparas. La figura 3 muestra la distancia de la mampara de entrada y de salida y el número de mamparas en la coraza.
Figura 3. Distancia de las mamparas de entrada, centrales y finales [9]
El espesor de las mamparas se determinó considerando el diámetro exterior de la coraza y la distancia entre mamparas centrales calculados anteriormente.
PASO 11.- Dimensionamiento de los espejos. El tipo de espejo seleccionado fue de tipo fijo, el cual también se utiliza como brida. El espesor del espejo fijo se calculó de la siguiente manera [1,3]:
tts
FDis 2
Pt , s Sts
2Cpts
(21)
Siendo ts: el espesor de los espejo fijos, F: un factor para espejos fijos, Dis: el diámetro interno de la caraza, Ptd,sd: la presión de diseño entre la coraza y tubos, Sts: el esfuerzo permisible a la temperatura de diseño del material del espejo y Cpts: la corrosión permisible de los espejos que en este caso fue el doble al considerar el flujo de la coraza y tubos [1, 2].
Después de determinar el espesor del espejo, se obtuvieron las siguientes dimensiones de éste el diámetro exterior del espejo, Dets, el diámetro del círculo de los barrenos, Ccb, el diámetro de los barrenos de los pernos, db, y el número pernos, Np. Año 2, Volumen 2, Número 1, Enero-Junio de 2010, México.
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Estos datos se tomaron con referencia a los de la brida para lograr un buen montaje y ensambles entre ambos componentes durantes su instalación.
Paso 12.- Dimensionamiento de los cabezales. Los cabezales de entrada y salida seleccionados fueron de tipo bonete, con este tipo se obtiene una mejor distribución del flujo en el arreglo de tubos, este consta del canal, tapa elipsoidal y brida.
Para calcular el espesor del canal primero se determinó el radio exterior del canal, Rec, con el diámetro exterior del canal, de la siguiente manera:
Rec
(22)
0.5Dec
El espesor del canal, tc, se calculó utilizando el valor de la presión de diseño de los tubos, Ptd, el esfuerzo del material del canal a la temperatura de diseño, Sc, la eficiencia de la junta del canal que es de 1 por ser un tubo sin costura, Ec, y la corrosión permitida del canal, Cpc, con la expresión [2,5,6]:
tc
Ptd Rec S c Ec 0.6 Ptd
Cp c
(23)
Debido a que el espesor del canal obtenido fue mayor al especificado por TEMA [1], se seleccionó un tubo para fabricar el canal fue de cédula 40.
El espesor de las tapas de los cabezales se calculó con la siguiente expresión [2,5,7]:
t cc
Ptd Decc 2S cc Ecc 0.2 Ptd
Cp cc
(24)
Siendo Ptd: la presión de diseño de los tubos, Scc: el esfuerzo del material de la tapa a la temperatura de diseño, Ecc: la eficiencia de la junta de la tapa que es 1 por ser una pieza fundida y Cpcc, es la corrosión permitida de la tapa [1, 2].
Año 2, Volumen 2, Número 1, Enero-Junio de 2010, México.
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Para realizar una mejor unión del canal y de la tapa por soldadura, TEMA [1] y ASME [2] recomiendan que el espesor de ambos componentes sean iguales, debido a esto se seleccionó la cédula 40 como espesor de la tapa elipsoidal.
Con los espesores del canal y de la tapa elipsoidal, se calcularon las dimensiones de los cabezales, esta fueron la longitud tanto del canal y de la tapa, y la profundidad de las tapas. Estos cálculos se realizaron de acuerdo a las recomendaciones de ASME [2], Megyesy [5] y Harris [6], por medio se las siguientes expresiones:
d cc
0.8Decc
(25)
Rcc
0.9 Decc
(26)
rcc
0.173Decc
(27)
h1
0.25Decc
(28)
h2
0.33h1
(29)
hcc
h1 h2
(30)
Siendo Decc: el diámetro exterior de la tapa elipsoidal, dcc: el diámetro, Rcc: el radio exterior de la tapa, rcc: el radio exterior de curvatura de la tapa, h1: la profundidad de la tapa, h2: la extensión de la tapa y hcc: la longitud total de la tapa. La longitud total del cabezal que permite una buena distribución del fluido de trabajo en los tubos, Hc, se calculó con el diámetro de la coraza, Ds, de la siguiente manera:
Hc
Ds
(31)
Para determinar la longitud del canal, h c, se le restó la longitud total de la tapa, hcc, a la longitud total del cabezal con lo que se obtiene la siguiente expresión:
hc
Hc
hcc
(32)
Las figuras (4) y (5) muestran las dimensiones calculadas de la tapa elipsoidal y del cabezal, respectivamente. Año 2, Volumen 2, Número 1, Enero-Junio de 2010, México.
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Figura 4. Dimensiones de la tapa elipsoidal [9]
Figura 5. Dimensiones del cabezal [9]
Paso 13. Dimensionamiento de las bridas. Las bridas de los cabezales seleccionadas fueron de tipo deslizable, las dimensiones de esta fueron obtenidas de TEMA [1] y Megyesy [5]. Siendo Debc y Dibc, el diámetro exterior e interior de la brida, tbc: es el espesor de la brida, Sb, la separación entre pernos, Ccb: el diámetro del círculo de los pernos, db: el diámetro de los pernos: Kb: el diámetro de asentamiento del empaque, Gb: el diámetro, jb: el escalón de asentamiento del empaque y Np: el número de pernos. 4.- Descripción del intercambiador de calor La figura 6 muestra el intercambiador de calor de tubo y coraza diseñado y fabricado. A continuación se da una breve descripción de los principales componentes de este equipo.
Año 2, Volumen 2, Número 1, Enero-Junio de 2010, México.
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Boquilla de los cabezales Boquilla de la coraza
1. Coraza 3. Espejo fijo
5A Canal 4. Mamparas 5. Cabezal 2.Arreglo de tubos
Barras de soporte
3. Espejo fijo 7. Brida deslizables 6.Boquilla de los cabezales Figura 6. Principales componentes del intercambiador de calor de tubo y coraza [9].
1. Coraza. Es la envolvente cilíndrica que contiene al arreglo de los tubos y a través de ella circula un fluido, tiene dos boquillas para la entrada y salida del fluido. El material seleccionado para este componente fue el acrílico, con la finalidad de visualizar el flujo del fluido. 2. Arreglo de los tubos. Los tubos proporcionan el área de transferencia de calor requerido. Se determinó un arreglo de tubos lisos, triangular de 30°, debido a que éste arreglo permite la mayor área de transferencia de calor.
3. Espejos fijos. Son elementos circulares que sirven para soportar los tubos y separar los fluidos que circulan a través de los tubos y la coraza. También se utilizan como bridas, para unir el cabezal con la coraza.
4. Mamparas. Son placas circulares con un corte del 25%. Se utilizan para dirigir el fluido a través del arreglo de los tubos en el lado de la coraza. También funcionan como soportes para los tubos evitando hundimiento de éstos y daños por vibraciones. Año 2, Volumen 2, Número 1, Enero-Junio de 2010, México.
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5. Cabezal: El cabezal está compuesto por el canal y la tapa.
5A. Canal. Es una sección tubular donde se ensambla la tapa semi-elipsoidal y la boquilla de entrada del fluido hacia los tubos. 5B. Tapa semi-elipsiodal. Es la sección donde entra el fluido y éste se distribuye hacia los tubos. Los cabezales elipsoidales son los más utilizados y recomendados para diámetros pequeños. 6. Boquillas de coraza y cabezal. Son los conductos por los cuales entra y sale el fluido del intercambiador. 7. Bridas del cabezal. Son los elementos que unen al cabezal y los espejos.
RESULTADOS La tabla 3 muestra las dimensiones de los componentes del equipo, obtenidas con el programa computacional desarrollado con base en la metodología propuesta. Tabla 3. Resultados obtenidos de la metodología propuesta Componente
Símbolo
Dimensión
Coraza: Psd (MPa)
9.9
Diámetro interno de la coraza
Dis (mm)
185
Longitud de la coraza
Ls (mm)
1163.6
Presión de diseño de los tubos
Ptd (MPa)
5.7
Diámetro interno de los tubos
Dit (mm)
14.5
Paso entre tubos
Ltp (mm)
19.8
Claro entre coraza-arreglo de tubos
Lbb (mm)
14
Diámetro exterior del arreglo de tubos
Dotl (mm)
171
Dist. del centro de la coraza a los últimos tubos
Dctl (mm)
155
Número total de tubos
Ntt (tubos)
55
Presión de diseño de la coraza
Tubos:
Área de transferencia de calor del arreglo de tubos
2
Att (m )
3.29
Mamparas: Año 2, Volumen 2, Número 1, Enero-Junio de 2010, México.
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Espesor de las mamparas
tb (mm)
1.6
Claros entre mamparas-tubos
Ltb (mm)
0.4
Claro entre coraza-mamparas
Lsb (mm)
2.34
Distancia entre mamparas centrales
Lbc (mm)
83.25
Diámetro de las mamparas
Db (mm)
182.7
Corte de las mamparas
Cb (mm)
46
Diámetro de los barrenos de las mamparas
Dbb (mm)
16.28
Longitud de los tubos entre espejos
Lti (mm)
1143.6
Nb (mamparas)
12.7
Lb,ent/sal (mm)
113.9
Dbs (mm)
6.35
Nbs (barras)
4
tts (mm)
29.8
Diámetro exterior de los espejos
Dets (mm)
342.9
Diámetro del circulo de los pernos
Ccb (mm)
298.5
Diámetro de los pernos
db (mm)
22.2
Nb (barrenos)
8
Dec (mm)
219.1
Espesor del canal
tc (mm)
7.8
Longitud del canal
hc (mm)
112.2
Decc=Dec (mm)
219.1
Espesor de la tapa
tcc (mm)
7.7
Radio exterior de la tapa
Rcc (mm)
197.17
Radio exterior de curvatura de la tapa
rcc (mm)
37.90
Profundidad de la tapa
h1 (mm)
54.77
Extensión de la tapa
h2 (mm)
18.07
Longitud total de la tapa
hcc (mm)
72.8
Longitud total del cabezal
H (mm)
185
Diámetro externo de la brida
Debc (mm)
342.9
Diámetro interno de la brida
Dibc (mm)
221
Espesor de la brida
tbc (mm)
28.6
Número de mamparas Distancia de la mampara de entrada y de salida Barras de soporte: Diámetro de las barras de soporte Número de barras de soporte
Espejos: Espesor de los espejos
Número de pernos Canales: Diámetro exterior del canal
Tapas: Diámetro exterior de la tapa
Bridas:
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Metodología de la Ciencia. Revista de la Asociación Mexicana de Metodología de la Ciencia y de la Investigación, A.C. Longitud de la campana
Lb (mm)
44.6
Circulo de los pernos de la brida
Ccb (mm)
298.5
Diámetro de los pernos
db (mm)
22.2
Diámetro de asentamiento del empaque
Kb (mm)
269.9
Diámetro de la campana en la base
Gb (mm)
246.1
Escalón de asentamiento del empaque
jb (mm)
1.59
Np (barrenos)
8
Número de pernos
La figura 7 muestra la fotografía del intercambiador de tubo y coraza diseñado y fabricado, instalado en un banco de pruebas, el cual fue implementado para el estudio del comportamiento del intercambiador de calor.
Figura 7. Fotografía del intercambiador de calor de tubo y coraza en operación.
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CONCLUSIONES
La eficiencia óptima de un intercambiador de calor requiere, de un buen diseño y una apropiada selección de los materiales para su fabricación. Para lograr esto, es conveniente contar con una metodología, puesto que la investigación científica se define como la serie de pasos que conducen a la búsqueda de conocimientos o desarrollo de proyectos científicos y tecnológicos aplicando métodos y técnicas. El método para el desarrollo del conocimiento científico es un procedimiento riguroso, de orden lógico, con el propósito de demostrar una teoría o resolver un problema práctico.
Este trabajo muestra que desarrollando una metodología es posible realizar proyectos de desarrollo tecnológico, que tanto se necesitan en nuestro país, obteniendo resultados más eficientes y confiables, la metodología es una herramienta que relaciona una propuesta de investigación o un problema a resolver con los resultados.
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