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Introducción HEXTRAN 9.1 es un programa de simulación creado por SimSci-Esscor, persigue como objetivo ayudar a los ingenieros de procesos en el diseño y analisis de diversos tipos de sistemas de transferencia de calor . Este simulador posee una serie de caracteristicas que le permiten evaluar fácilmente el funcionamiento bien sea de un intercambiador de calor o de una red de intercambiadores, asi mismo permita realizar los mas complejos diseños y analizar necesidades de reequipamiento en redes de transferencia de calor, asi como la identificación de distintos problemas operacionales. Hextran trabaja por medio de diagramas de flujos de proceso en donde se muestran equipos de uso común en distintos ámbitos industriales, aunado a esto posee una interfaz grafica de Microsoft ® Windows ® que permite la visualización de sus resultados en HTLM o en formato excel, asi como también la exportación de archivos. Hextran integra básicamente tres herramientas: Una herramienta de diseño - Que permite diseños simples y complejos de sistemas de transferencia de calor, de forma rentable y flexible Una herramienta de Readaptación –Que permite adaptar nuevos equipos y renovar las redes de intercambiador de calor para obtener un rendimiento óptimo.

Una Herramienta de Operaciones - Que permite la identificación de necesidades de mantenimiento y puede predecir resultados futuros. Hextran 9.1 al igual que otros programas de simulación cuenta con una extensa base de datos de componentes, sus propiedades, métodos termodinámicos y de calculo, además de esto hextran 9.1 realiza la clasificación de los intercambiadores de calor basándose en la nomenclatura TEMA (Tubular Exchanger Manufacturers Association). El manual que se presenta a continuación cuenta con una serie de recursos que permitirán a los usuarios aprender con mayor facilidad el uso de este programa de simulación; para ello este manual cuenta con fundamentos teóricos los cuales brindan un panorama mas amplio y permiten conocer los diferentes tipos de intercambiadores de calor utilizados en diversos escenarios industriales, haciendo especial énfasis en los intercambiadores de calor de tipo tubo y carcaza, además de esto cuenta con un apéndice donde es posible encontrar información como: Coeficientes globales de transferencia de calor, factores de ensuciamiento típicos, conductividades térmicas……en fin gran cantidad de información indispensable a la hora de evaluar o diseñar un intercambiador de calor. Asi mismo se desarrollan una serie de ejercicios de forma sencilla y didáctica que permitirá a los

usuarios afianzar sus conocimientos respecto al programa en cuestion.

Indicador del Estado de la Hextran cuenta entre sus multiples herramientas con un código de colores que permite al usuario determinar el grado de avance de la simulación los códigos se muestran a continuación

Ventajas de utilizar El uso de HEXTRAN se traduce en un ahorro de tiempo y esfuerzo, sus sofisticados métodos de calculo permiten evaluar o diseñar intercambiadores en un tiempo relativamente corto, básicamente HEXTRAN permite lograr mejoras significativas en los siguientes aspectos: • Aumento de la eficiencia energética y reducción significativa de los costos de funcionamiento • Mejoras en los Procesos de Transferencia de calor, rendimiento y calidad del producto • Mayor flexibilidad y rendimiento en planta  Optimizado programa de limpieza de Intercambiadores  Mejora de Procesos y modernización de diseños Hextran posee una interfaz grafica de Microsoft ® Windows ® que le permite visualizar los resultados en Microsoft Excel y HTLM, además de esto Hextran brinda la posibilidad de transferir datos a otros programas mas rigurosos de transferencia de calor como HTFS y HTRI, permitiendo de esta forma la realización de una evaluación o diseño mas completo y de mayor alcance.

Arranque de Hextran Existen 2 alternativas para dar inicio al programa Hextran: 1)Si se tiene un acceso directo, simplemente se realiza un doble clic sobre el siguiente icono: 2)Hacer clic sobre el botón INICIO, seguidamente seleccione TODOS LOS PROGRAMAS y posteriormente SMISCI, una vez allí seleccione la opción SIM4ME 1.1 y ubicar HEXTRAN 9.1 Independientemente de la alternativa escogida para dar inicio al programa HEXTRAN 9.1, se abrirá la siguiente ventana, la cual solicitará un nombre de usuario y una contraseña para dar acceso al programa Figura 1: Ventana de bienvenida a HEXTRAN 9.1

El

nombre de usuario y contraseña a introducir es la palabra SIMSCI en ambos casos, posterior a esto se hace clic sobre LOGIN para acceder al programa. Una vez realizado esto se mostrara la ventana de inicio a HEXTRAN 9.1, como sigue: Figura 2: Ventana de inicio a HEXTRAN 9.1

Para acceder a la ventana principal se puede proceder de 2 formas: 1)En la parte superior izquierda de la ventana hacemos clic sobre el siguiente símbolo

Figura 3: Barra superior HEXTRAN 9.1

2)Hacemos clic sobre el menú FILE ubicado de igual forma en la parte superior izquierda y al desplegarse la ventana, seleccionamos la opción NEW Figura 4: Barra despegable File/Archivo

Posterior a esto, el programa le solicitará un nombre para la simulación y de igual forma la creación de

una base de datos donde se guardara la misma, luego de proporcionar los nombres respectivos se hace clic en CREATE. Figura 5: Ventana de inicio a HEXTRAN 9.1

Luego de hacer clic sobre CREATE se despliega la ventana principal de HEXTRAN 9.1 Figura 6: Ventana principal HEXTRAN 9.1

Explorando HEXTRAN 9.1 Luego de abrir un nuevo archivo para realizar una simulación, HEXTRAN 9.1 muestra su ventana principal, en la cual es posible detallar una serie de opciones, iconos y barras de herramientas entre otras, las cuales son utilizadas para realizar la simulación. Esta sección está dedicada a explicar en forma general la aplicación de las diferentes herramientas que proporciona HEXTRAN 9.1 en su ventana principal; facilitando así la interacción programa-usuario y obteniendo a la vez un mayor dominio del mismo por parte de estos. Figura 7: Ventana principal HEXTRAN 9.1

Tabla 2 Identificación de los componentes de la ventana principal

Descripción egro

Identificación

y

color

N Barra de menú Identifica los diferentes tipos de menú existentes

marillo

ranja

orado

Azul

Verde

Rojo

A Barra de herramienta Muestra iconos de acceso rápido a diferentes opciones como: Archivo, ayuda, dibujar, editar……… Na Barra de titulo Muestra el nombre de la base de datos y simulación M Barra de herramienta PFD Permite dibujar nuevos equipos o realizar PFD en hojas adicionales, se puede expandir o contraer el área de trabajo Botones de maximizado, minimizado y cierre Permiten aplicar estas opciones a la ventana principal de HEXTRAN Botones de maximizado, minimizado y cierre Permiten aplicar estas opciones a la ventana DFP de HEXTRAN Ventana principal de PFD Muestra los diferentes equipos y conexiones a utilizar en la construcción del PFD

Tabla 3 Barra de menú HEXTRAN 9.1

Menú Descripción File/Archivo

Edit/Editar Draw/Dibujo

Ingles/

Español

Brinda diferentes opciones tales como: crear nuevos archivos, abrir archivos existentes, borrar, copiar.... Permite eliminar, corrientes y equipos.

modificar

Esta opción permite hacer modificaciones en cuanto el dibujo se refiere, permite introducir nuevos elementos

Input/Entrada Esta se refiere a la entrada de datos Run/Corrida Output/ Salida

Corre la simulación Forma en la que se visualizarán los resultados de la simulación

Options/Opci Permite cambiar el estilo ones presentación del programa

de

Window/Vent Permite hacer modificaciones en ana cuanto en cuanto a la ventana principal de DFP Help/Ayuda

Da acceso a las funciones de ayuda

Opciones más utilizadas en la barra de menú

Barra desplegable File/ Archivo Proporciona al usuario las herramientas básicas para el arranque, respaldo, impresión y cierre de la simulación. Se muestran a continuación los iconos correspondientes a cada opción a objeto de familiarizarnos con estos y conocer sus funciones. Figura 8. Barra desplegable File/Archivo

Tabla 4 Opciones de la barra desplegable File/Archivo

Opción Función

Ingles/ Español

Icono

New/ Nuevo

Crea una simulación

Open/ Abrir

Abre una simulación existente

Save and Save as/ Guardar y guardar como

Guarda la simulación con nombre predeterminado o uno nuevo

Close/ Cerrar

Cierra la simulación

Import/ Importar

Importa la base de datos o el archivo clave

Export/ Exportar

Exporta clave

Delete/Borrar

Borra la base de datos o la simulación

Copy/Copiar

Copia la base de datos o la simulación

Rename/Renom brar

Da un nuevo nombre a la simulación

Print/Imprimir

Imprime los DFP y los resultados de la corrida

Exit/Salir

Cierra la simulación y se sale del programa.

el

nueva

archivo

Barra desplegable Edit/ Editar La barra desplegable de Edit/Editar proporciona al usuario las herramientas para la edición del

diagrama de la simulación. Cabe destacar que todas las opciones de esta barra desplegable se activan cuando se selecciona un equipo o línea de proceso. Figura 9.Barra desplegable Edit/Editar

Tabla 5.Opciones de la barra desplegable Edit/Editar

Opción Función

Ingles/ Español

Icono

Delete/ Borrar

Borra el seleccionado

objeto

Rename/ Renombrar

Cambia el nombre del objeto seleccionado

Select all/Seleccionar

Selecciona todos los equipos y corrientes

todo

existentes

Select none/

Selecciona uno de los equipos o corrientes existentes

Edit attributes/Modifi car propiedades

Modifica las propiedades del objeto seleccionado, referidas a tamaño, color, grosor de la línea

Edit data/Modificar datos

Modifica datos suministrados a líneas o equipos

Change configuration/ Cambiar configuración

Permita definir el estudio a realizar bien sea un diseño o evaluación

Find/Buscar

Busca algún dato de las líneas o equipos y permite su modificación

Barra desplegable Input/Entrada La barra desplegable de Input muestra al usuario todos los datos que debe introducir para desarrollar la simulación

Figura 10. Barra desplegable Input/Entrada

Tabla 6.Opciones de la barra desplegable Input/Entrada

Opción Función

Ingles/Español

Icono

Problem description/ Descripción del problema

Permite al usuario introducir identificar el proyecto, lugar de realización, problema estudiado y permite hacer una breve descripción del mismo

Units of measure/ Unidad de medida

Permite modificar el sistema de unidades a utilizar

Components/Term odynamics Componentes/Ter modinámica

Permite introducir los componentes y el método termodinámico a utilizar

Stream Property Data/Propiedades de la corriente

Permite especificar propiedades especificas de la corriente como: entalpias, calor latente, viscosidad, densidad…….

Global Options/Opciones globales

Da acceso a datos económicos bajo los cuales se estima el costo del intercambiador, costo de los servicios…………..

Calculation Type/

Permite seleccionar el tipo de estudio que se va a realizar, bien sea una simulación corriente, optimización del área del intercambiador, Caso estudio de limpieza del intercambiador……..

Tipo de calculo

Calculation Options/ Opciones de calculo

Permite definir limites de diseño, métodos utilizados para determinar la caída de presión, opciones de impresión y usos

de HTRI y HTFS

Compatibilidad de archivos de HEXTRAN

los

No se si esta versión de hextran es compatible con las versiones anteriores

Temas de apoyo SIMULACION Es la representación de un proceso o fenómeno mediante otro más simple, que permite analizar sus características. Intenta reproducir la realidad a partir de resolución numérica, mediante una computadora, de las ecuaciones matemáticas que describen dicha realidad. La simulación es tan exacta como sean las ecuaciones de partida y la capacidad de las computadoras para resolverlas, lo cual fija límites a su utilización Componentes de una Simulación  Identificación del problema

 Unidades de medición (Units of measure)  Componentes (Component Data)  Termodinámica (Thermodynamic Method)  Construcción del diagrama de flujo (PFD)  Datos de las corriente (Stream Data) o Ensayos de caracterización (Assay Data) (Si es aplicable)  Condiciones del Proceso (Process Conditions)

Equipos de transferencia de calor:

Según el servicio:

Refrigerador:

Es

una

unidad

que

refrigerante para enfriar un fluido,

utiliza

un

hasta una

temperatura menor que la obtenida si se utilizara agua o aire como medio de enfriamiento. Condensador: Son unidades de carcaza

y tubos

que se utilizan para la condensación del vapor de desecho, provenientes de las máquinas

y las

turbinas de vapor. Si el condensador es de contacto

directo,

el

vapor

es

condensado

mediante

el

contacto directo con gotas de agua. El condensador es una unidad, en la cual los vapores de proceso se convierten

total

o

parcialmente

en

líquidos,

usualmente se utiliza agua o aire como medio de enfriamiento. Enfriador: Es una unidad en la cual una corriente de proceso intercambia calor con una corriente de agua o aire, con el objetivo de disminuir la temperatura sin que ocurra un cambio de fase. Calentador: Unidad en la cual no ocurre un cambio de fase bajo condiciones normales. Como fuente de calor utiliza una corriente de servicio, que puedes ser vapor de agua, aceite caliente o vapores de fluidos químicos, conocidos con el nombre de Downtherm y líquidos químicos con el nombre de Humbletherm. En algunos casos se utiliza como corriente de servicio una corriente de entalpía alta, ejem: descarga de un reactor operado a altas temperaturas. Rehervidor: Es una vaporizador que provee el calor latente de vaporización al fondo de una torre fraccionadora en la mayoría de los casos. Existen 2 tipos generales de rehervidores:

1)Los que envían dos fases a la torre para separar el vapor del líquido. 2)Los que retornan vapor solamente. Los primeros pueden operar mediante circulación natural (Termosifones) o por circulación forzada. Los termosifones son el tipo de rehervidores más comunes. Los termosifones horizontales son los más utilizados en la industria petrolera, en estos la vaporización ocurre en el lado de la carcaza. Los tipo vertical son utilizados en la industria química, la vaporización ocurre en el lado de los tubos. Los rehervidores que solamente retornan vapor a la torre se denominan rehervidores de marmita (Kettle Reboilers). Generadores

de

vapor

(Calderas

de

recuperación de calor): Los generadores de vapor son un tipo especial de vaporizadores, se utilizan para producir vapor de agua, es común utilizar como fuente de calor, el calor en exceso que no se requiere en el proceso; de allí que sean llamados Calderas de recuperación de calor. Al igual que los rehervidores, los generadores de vapor pueden ser

del

tipo

Kettle,

de

circulación

forzada

o

termosifones. Sobrecalentador: El sobrecalentador calienta el vapor por encima de su temperatura de saturación. Vaporizador:

Intercambiador

que

convierte

el

líquido en vapor. El término vaporizador se aplica a aquellas unidades que manejan líquidos diferentes al agua. Funciones de los intercambiadores de calor En

resumen,

las

funciones

típicas

de

un

intercambiador de calor en los procesos industriales son las siguientes: 1.

Recuperación

de

calor:

la

corriente

fría

recupera parte del calor contenido en la corriente caliente. Es decir, calentamiento y enfriamiento de las

corrientes

involucradas,

simultáneamente

a

ambos

las lados

cuales del

fluyen

área

de

transferencia de calor. 2. Evaporación: una de las corrientes involucradas en el intercambio de calor cambia de fase líquida a vapor.

3.

Condensación:

una

de

las

corrientes

involucradas en el intercambio de calor cambia de fase vapor a fase líquida.

Clasificación

y

intercambiadores

aplicaciones de

calor,

de

según

su

configuración o construcción

Los

intercambiadores

requerimientos

son

específicos,

diseñados existiendo

para en

el

mercado una gran diversidad de tipos que difieren en tamaño y forma. Estos tipos son clasificados de acuerdo a diferentes criterios, tales como procesos y mecanismos de transferencia de calor, grado de compacticidad de la superficie, patrón de flujo, número de fluidos, geometría y tipo de construcción. A la hora de diseñar un intercambiador de calor es necesario definir el tipo de intercambiador a utilizar, cuando

pueden

emplearse

dos

o

más

intercambiadores la selección se basará en el costo. Los

intercambiadores

que

se

describen

a

continuación son los más utilizados en la industria petrolera:

Intercambiadores del tipo tubo y carcaza Este es el tipo de intercambiador que se utiliza comúnmente en las refinerías. No es caro, es fácil de limpiar y relativamente fácil de construir en diferentes tamaños y puede ser diseñado para presiones desde moderadas a altas, sin que varíe sustancialmente el costo. Mecánicamente resistente para soportar las tensiones a la cual es sometido durante la etapa de fabricación, el envío, montaje e instalación en sitio; y los esfuerzos externos e internos en las condiciones normales de operación, debido a los cambios en temperatura y presión. Fácil de mantener y reparar (aquellas partes sujetas a fallas frecuentes, tubos y empacaduras, son fáciles de reemplazar). El intercambiador de tubo y carcaza consiste de un haz de tubos paralelos encerrados en un estuche cilíndrico llamado carcaza. Hay tres tipos básicos de intercambiadores de tubo y carcaza, dependiendo del método utilizado para mantener los tubos dentro de la carcaza. El primero es el de tipo fijo o intercambiadores de placa de tubos fija o de cabezal fijo. En este caso,

el equipo tiene tubos rectos, asegurados en ambos extremos en placas de tubos soldados a la carcaza. El haz de tubos no puede ser removido para inspección y limpieza, pero el cabezal en el lado de los tubos, las empacaduras, la cubierta del canal… son accesibles para mantenimiento y reemplazo de las partes. La carcaza puede ser limpiada por retrolavado o químicamente. Los intercambiadores de cabezal fijo son usados en servicios donde el fluido de la carcaza es un fluido limpio, como vapor de agua, refrigerante, gases, cierto tipo de agua de enfriamiento... El segundo tipo de intercambiadores de tubo y carcaza utiliza tubos en forma de U, con ambos extremos de los tubos sujetados a una placa de tubos simple, eliminándose así los problemas de expansión diferencial porque los tubos pueden expandirse y contraerse libremente, la forma de U absorbe estos cambios. El haz de tubos puede ser removido de la carcaza para inspección y limpieza; pero la limpieza mecánica interna de los tubos y su reemplazo es difícil, por lo que este tipo de intercambiadores

es

usualmente

aplicable

en

servicios limpios o cuando la limpieza química es efectiva. El tercer tipo de intercambiadores de tubo y carcaza, al igual que las unidades de cabezal fijo, presenta dos placas de tubos, pero con solo una de ellas soldada a la carcaza y la otra moviéndose libremente,

y

así

evitando

los

problemas

de

expansión diferencial. A este diseño se le conoce como intercambiadores de cabezal flotante. El haz de tubos de este tipo de intercambiador puede removerse para mantenimiento y para la limpieza mecánica de la carcaza y los tubos, también, pueden ser limpiados mecánicamente tanto en su exterior como en su interior. El diseño de cabezal flotante es más caro (aprox. en un 25%) que el diseño de cabezal fijo, y es apropiado para servicios asociados a altas temperatura y presiones, pero limitado a aquellos servicios donde la fuga del fluido contenido en la carcaza es tolerable. Enfriadores de aire Los enfriadores de aire consisten en uno o más ventiladores

de

flujo

axial,

velocidades

relativamente

bajas

y

diámetros

grandes,

que

forzan o inducen al aire a fluir a través de un banco de tubos, generalmente con aletas. La configuración básica de una unidad es un banco de tubos aleteados montado sobre una estructura de acero con una cámara de pleno y un anillo vénturi, un motor

y

otros

accesorios

como

persianas,

guardaventilador, alambrado e interruptores de vibración. En general, los enfriadores de aire resultan especialmente atractivos en aquéllas localidades donde el agua escasea o requieren un tratamiento costoso como una torre de enfriamiento, donde las leyes

de

contaminación

ambiental

establezcan

requisitos estrictos para los efluentes de agua, donde la expansión de los sistemas de agua de enfriamiento sea necesaria, o donde la naturaleza del medio enfriante cause taponamientos frecuentes o problemas de corrosión. Estos equipos se utilizan con frecuencia en combinación con enfriadores de agua,

cuando

se

requiere

remover

una

gran

cantidad de calor. En este caso los enfriadores de aire remueven primero la mayor parte del calor y el enfriamiento final se consigue con los de agua.

También pueden utilizarse como enfriadores de emergencia en caso de requerirse un bombeo rápido de una corriente de proceso. Estas unidades aún con el ventilador apagado, son capaces de remover por convección natural entre 15 y 35% del calor de diseño, dependiendo del rango de temperatura de la corriente de proceso entrando al enfriador. Los enfriadores de aire ocupan un área relativamente grande. Por lo tanto, estas unidades se instalan normalmente encima de los tendidos de líneas y de los equipos de proceso, tales como tambores e intercambiadores. Intercambiadores de doble tubo Los intercambiadores comerciales de doble tubo consisten en uno o más tubos, encerrados dentro de otro tubo en forma de U u “horquilla” que hace el papel de carcaza. Aunque algunas secciones de los intercambiadores de doble tubo tienen tubos lisos, la

mayoría

tienen

aletas

longitudinales

en

la

superficie externa de los tubos. Son unidades de costos relativamente bajos, resistentes y se pueden desmantelar fácilmente para limpieza, removiendo la tapa colocada en el extremo en U del tubo

externo, desmontando ambos cierres frontales y retirando el elemento de transferencia de calor. Estos intercambiadores se encuentran disponibles como

unidades

de

fabricación

estándar.

Las

secciones de doble tubo permiten un flujo en contracorriente y corriente verdadero, lo cual puede ser particularmente ventajoso cuando se requieren temperaturas de aproximación pequeñas o rangos de temperaturas grandes. Además, las unidades de doble

tubo

encajan

muy

bien

en

aquellas

aplicaciones que involucran presiones altas y/o flujos bajos, debido a que estas unidades son de diámetros relativamente pequeños. Esto permite el uso de bridas pequeñas y paredes delgadas, si se las compara con los equipos de carcaza y tubo convencionales Intercambiadores de superficie extendida Los tubos de superficie extendida caracterizan este tipo de intercambiadores, estos presentan aletas transversales o longitudinales; aunque otros tipos de aletas, como espigas (“peg”), espinas (spines) o helicoidal pueden ser usadas. Las aletas longitudinales, para diseños de flujo paralelo a los

tubos, son especialmente aplicables en servicios donde la caída de presión es pequeña y el fluido en el

lado

de

las

aletas

es

limpio.

Las

aletas

transversales son generalmente para diseños de flujo

perpendicular

superficie

se

a los

emplea

tubos.

cuando,

Este

tipo

de

debido

a

las

propiedades de transferencia de calor de un fluido, existe una resistencia alta para el flujo de calor, mientras

que

las

propiedades

del

otro

fluido

permiten una resistencia baja. El fluido con la resistencia alta al flujo de calor se pone en contacto con la superficie de las aletas. Intercambiadores de placas Desde 1930 los intercambiadores de placa han sido usados en la industria química y de alimentos. Actualmente

su

uso

considerablemente

hacia

se la

ha

industria

extendido petrolera,

especialmente cuando se requiere un sistema de intercambio de calor compacto y flexible en rangos de temperatura por debajo de 250 °C (482 °F) y 2533 kPa man. (368 psig). En estas unidades, la superficie de transferencia de calor es construida de planchas de metal en lugar de tubos. Estas planchas

pueden

ser

de

superficie

lisa,

corrugada

o

canalizada. Dependiendo del tipo de superficie de la plancha y de la configuración de la unidad, se conocen cuatro (4) tipos de intercambiadores de placa, a saber: (1) intercambiadores de placas en espiral (Spiral Plate), (2) intercambiadores de placas con empacadura (Plate–and–Frame Exchanger), (3) intercambiadores de placas con aletas (Plate–and– Fin Exchanger) y (4) intercambiadores de laminas repujadas (Patterned Plates)... 1. Intercambiadores (Spiral

Plate).–

esencialmente, enrolladas

de

placas

en

espiral

Estas

unidades

consisten,

dos

planchas

paralelas,

de

en

espiral

y

soldados,

adecuadamente, los extremos alternos de las planchas adyacentes para formar un par de canales concéntricos. En la mayoría de los servicios no presentan problemas de expansión térmica y son relativamente fáciles de limpiar. Son utilizables en el manejo de fluidos viscosos o

con

contenido

de

condensadores o reboilers.

sólidos,

y

como

2. Intercambiadores Empacadura

de

Placas

con

(Plate–and–Frame

Exchanger).– Estas unidades consisten en un conjunto de planchas de metal muy delgadas y corrugadas, mantenidas juntas en un bastidor y selladas en sus bordes, para prevenir fugas hacia afuera, por una empacadura compresible, formando así una serie de pasadizos estrechos e interconectados, a través de los cuales son bombeados los fluidos. El bastidor es una estructura rígida formada por una placa fija en un extremo y una columna de soporte en el otro,

conectados ambos en el tope por una

barra de sustentación y en el fondo por un riel guía. Estas unidades resultan atractivas para su uso en lugares confinados o sensibles al peso, como barcos o plataformas costa afuera (por ejemplo, plataformas de producción en el Lago de Maracaibo), debido a que las superficies de transferencia son relativamente compactas y livianas. Pueden ser fabricadas con cualquier metal, aunque acero al carbono es poco usado porque el equipo no sería competitivo con las unidades de tubo y carcaza. Los rangos de temperatura y presión son limitados a valores

relativamente bajos, debido al material de la empacadura y de construcción. 3. Intercambiadores de placas con aletas (Plate–and–Fin

Exchanger).

intercambiadores representan

la

de

placas

forma

más

con

Los aletas

compacta

de

superficie de transferencia de calor, por lo menos en el caso usual donde los fluidos deben mantenerse separados. El peso también es mantenido al mínimo. La presión de diseño puede alcanzar hasta 4826 kPa man. (700 psig.) y la temperatura en el orden de los 800°C (1472°F), inclusive temperaturas más altas pueden usarse, si se utiliza como material de construcción, cerámica. Usualmente, el material de construcción es aluminio y las condiciones máximas de diseño son 4100 kPa man. (600 psig) y 67°C (150°F). Estas unidades son construidas de múltiples capas de hojas de metal

corrugadas

(aletas),

formando

una

especie de matriz porosa o corrugada, colocada entre láminas planas de metal que sirven como tabiques, estas unidades presentan limitaciones en

cuanto

a

su

tamaño,

materiales

de

construcción y limpieza. Siendo esta última su limitación más generalizada, puesto que el tipo de construcción (completamente soldada y estrechos pasadizos) no permite el acceso para una limpieza mecánica, y el uso de químicos no resulta completamente satisfactorio dada la dificultad de penetración del fluido de limpieza. Por

lo

tanto,

este

tipo

de

unidades

son

especificadas para servicios de fluidos limpios, siendo el área más común de aplicación los procesos criogénicos, tales como producción de gas natural líquido, purificación de hidrógeno… y actualmente se usan en las plantas de etileno. 4. Intercambiadores de láminas repujadas (Patterned Plates).– En estas unidades las superficies

de

transferencia

de

calor

son

construidas con dos planchas de metal, una de las cuales o ambas son repujadas, unidas con soldadura normal o de latón de tal manera que forman canales parecidos a un serpentín. Un fluido circula a través de dichos canales y el otro alrededor de la superficie externa de las planchas. Estas unidades son poco costosas, livianas y fáciles de limpiar en el lado externo.

Su aplicación principal es el enfriamiento y calentamiento

de

tanques.

Las

unidades

conocidas como los Intercambiadores Lamella o Ramen

son

construidos

soldando

estas

superficies de transferencia en una placa de tubos para formar un haz de tubos que es colocado en una carcaza. Aunque generalmente se construyen para presiones hasta 1724 kPa man. (250 psig), pueden ser diseñadas para presiones tan altas como 10342 kPa man. (1500 psig). Intercambiadores de tipo espiral (“Hampson Coil”) Los intercambiadores de tubos en forma de espirales consisten de un grupo de serpentines concéntricos enrollados en forma de espiral, los cuales están conectados a placas o cabezales de tubos. Entre sus características se pueden mencionar las siguientes: son económicos, de fácil instalación y limpieza; se utilizan para flujo en contracorriente, no tienen problemas de expansión diferencial, son compactos y pueden ser usados para el intercambio de calor de dos o más fluidos.

Estas unidades se utilizan normalmente en las aplicaciones

criogénicas,

donde

la

presión

de

proceso es 4500 kPa man. (650 psig) o mayor; siendo particularmente útiles en el manejo de fluidos viscosos y aplicables como condensadores o rehervidores. Consideraciones de diseño de intercambiadores de tubo y carcaza

Consideraciones generales de diseño El diseño de un intercambiador de calor implica numerosos aspectos y consideraciones que deben tomarse en cuenta para realizar en forma adecuada el

diseño

del

mismo

bajo

las

condiciones

y

requerimientos del proceso, para ello se manejan una serie de ecuaciones y parámetros como los que se describen a continuación; los cuales definen el proceso de intercambio de energía en forma de calor

Generalidades

La velocidad de transferencia de calor de un fluido a otro, a través de una pared de metal es proporcional al coeficiente global de transferencia de calor, el área de la pared y a la diferencia de temperatura entre el fluido caliente y el frío:

Q  Uo  A  DTMe

S Internaci onal Q= Velocidad de transferencia de calor Uo= coeficiente global de transferencia de calor basado en el área externa de la superficie del metal A= Area externa de la superficie del metal a través de la cual ocurre la transferencia de calor DTMe= Diferencias de temperaturas media logarítmicas entre los fluidos caliente y frio Fuente:

Manual

intercambiadores básicos .PDVSA 1995

de de

S Ingles

W

BTU/h

W/m² ˚C

BTU/h Pie² ˚F

m²

Pie²

˚C

˚F

diseño calor.

de

Principios

Cuando se especifica un intercambiador de calor, el diseñador casi siempre conoce o puede calcular sin mucha dificultad, los términos Q y DTMe para las condiciones de proceso dadas. Para obtener el valor apropiado

del

requerida,

se

área

de

necesita

transferencia evaluar

de

calor

solamente

el

coeficiente Uo. Desafortunadamente, Uo es función del diseño y de las velocidades de ensuciamiento. Por esta razón, el diseño de un intercambiador de calor requiere un cálculo de ensayo y error (tanteo). Coeficiente global de transferencia de calor (Uo) Esta disertación teórica sobre los coeficientes globales de transferencia de calor es aplicable a todos los tipos de intercambiadores, excepto los de contacto directo. Cuando el calor fluye desde un fluido que circula por un lado de un tubo a otro fluido que circula por el otro lado del tubo, dicho calor debe vencer las resistencias siguientes: – Rio, la cual es la resistencia de la película laminar del fluido en el interior del tubo, referida al área externa del tubo.

–

rio,

la

cual

es

la

resistencia

(factor

de

ensuciamiento) del material extraño depositado en el interior de tubo, referida al área externa del tubo. – rw, la cual es la resistencia de la pared del tubo. –

ro,

la

cual

es

la

resistencia

(factor

de

ensuciamiento) del material extraño depositado en el exterior del tubo. –Ro, la cual es la resistencia de la película laminar del fluido en el exterior del tubo.

La suma de estas cinco resistencias se denomina resistencia total Rt y se define como: Uo 

1 Rt

El término rw se calcula a partir del espesor y la conductividad térmica del metal. Rio y ro son funciones

de

la

velocidad

másica

y

de

las

propiedades físicas del fluido, y se evalúan a partir de las correlaciones dadas en términos de hio y ho, donde 1/Ro = hi y 1/Rio = hio. Los términos “h” se denominan “coeficientes de película”.

Los términos de resistencia se expresan por unidad de área (m2 o pie2). El área se refiere a los metros cuadrados (pie2) de superficie, donde ocurre la resistencia. Como las resistencias se suman para obtener una resistencia total, cada resistencia debe estar referida a una misma área en lugar de a su propia área. Esto racionaliza los términos y hace posible que puedan adicionarse. Es práctica común utilizar el área externa de los tubos, como base para los

cálculos

y

la

especificación

de

los

intercambiadores. Esto se indica normalmente con el subíndice “io”, como se mostró anteriormente. En el diseño de un intercambiador de calor se deben

calcular

dos

coeficientes

totales

de

transferencia de calor; se debería calcular un coeficiente limpio y otro sucio. El coeficiente limpio (“Commercially Clean Coefficient”) es el coeficiente total

que

puede

esperarse

cuando

un

intercambiador nuevo se pone por primera vez en servicio. Este coeficiente se calcula de la manera siguiente: 1  Rc  Rio  Ro  rw  F1 Uc

El factor F1 (F1 = 0.0002 m2 ºC/W = 0.001 h.pie2 ºF / BTU) es una resistencia que se estima por el ensuciamiento de un intercambiador nuevo debido a los lubricantes utilizados durante la expansión (Tube Roller Lubricants) de los tubos, la corrosión causada por la prueba hidrostática del equipo, etc. Se supone que esta resistencia se divide uniformemente entre las superficies del lado de la carcaza y del lado de los tubos. Los factores de ensuciamiento rio y ro se estiman basados en la experiencia o utilizando los valores típicos que se muestran en la tabla (01-A),(01-B),(01-C).En la tabla

(01),

(02),(02-A), (02-B)

se muestran valores de referencia para Uo

Otros aspectos a considerar en el diseño son los siguientes:

Carcaza Número de carcazas El número total de carcazas necesarias para un intercambiador es

generalmente fijado por la

magnitud de la diferencia que existe entre la

temperatura de salida del fluido caliente y la temperatura de salida del otro fluido. Esta diferencia es conocida como “la extensión del cruce de temperatura” o también diferencia de temperatura media logarítmica. El factor de corrección de esta temperatura; debe siempre ser igual o mayor que 0.80. (El valor de Fn disminuye lentamente entre 1.00 y 0.80, pero luego decrece rápidamente hasta alcanzar un valor cercano a cero. Un valor de Fn menor que 0.80 no puede predecirse con exactitud a través de la información que frecuentemente se usa en diseño de procesos). En un intercambiador de una sola carcaza, Fn es por lo menos 0.80 cuando la diferencia de temperatura es 0C (0F). Incrementar

el

número

de

carcazas

permite

aumentar la extensión del cruce y/o el valor de Fn. El número total de carcazas también depende de la superficie total requerida, debido a que el tamaño del mismo está usualmente limitado con respecto al manejo de fluidos. Si no hay restricciones locales debido a la capacidad en el manejo del haz de tubo o del equipo de limpieza, el área máxima por carcaza está usualmente limitado a una unidad con una carcaza de un diámetro interno de 1219 mm (48 pulg) o un haz de tubo de 13.6t (15 short tons).

(Estas limitaciones no se aplican necesariamente a intercambiadores de lámina de tubo fijos). Tipos de Carcaza De acuerdo al diseño a realizar los tipos de carcazas más comunes son los siguientes: TEMA E

Carcaza de un paso La carcaza de un paso es la construcción más comúnmente usada para intercambiadores de tubo y carcaza. Las boquillas de entrada y de salida están ubicadas en extremos opuestos o adyacentes de la, dependiendo del carcaza número y tipo de deflectores usados.

TEMA F

Carcaza de dos pasos Una carcaza de dos pasos requiere el uso de deflectores longitudinales para dirigir el flujo de la carcaza, estas no deben ser usadas cuando la caída de presión sea mayor de 69 kPa (10 psi) Preferiblemente, 35 kPa (5.1 psi)). También se deben evitar rangos de temperatura mayores

de 177°C (350°F), debido al hecho de que altos rangos de temperatura ocasiona un excesivo escape de calor a través de los deflectores. Este tipo de diseño debe ser usado sólo con unidades de placa de tubo fija que no requieren juntas de expansión. Puede ser usada cuando el factor de corrección de la MLDT, Fn es menor de 0.8 para una carcaza de un paso. Una unidad de dos pasos por la carcaza con deflectores longitudinales soldados es satisfactoria si Fn para dos pasos por la carcaza es igual o mayor que 0.85 y una unidad con deflectores removibles es satisfactoria si Fn de dos pasos por la carcaza es 0.90 ó mas TEMA J

Carcaza de flujo dividido Una carcaza de flujo dividido tiene una boquilla central de entrada y dos de salida, o viceversa, este tipo de carcazas es usado para reducir la caída de presión en servicios donde ocurre condensación. Generalmente, para todos los diseños, los deflectores de segmento doble son usados con carcaza tipo J y, en los intercambiadores de flujo dividido, normalmente tienen corte vertical. El deflector central

para este arreglo, normalmente es similar al deflector central usado con el corte de deflectores de segmento. Los deflectores de cada lado del deflector central y el último deflector en los extremos de la carcaza tienen el centro sólido con recorte en los bordes... Número de pasos en la carcaza Los intercambiadores pueden tener más de un paso en la carcaza (un paso es el más común). Pasos múltiples en la carcaza requieren el uso de deflectores longitudinales de diseño removible o soldado En

casos

especiales

de

requerimientos

de

grandes superficies, especialmente en servicios requiriendo carcazas en series para satisfacer los requerimientos de Fn (factor de corrección de la MLDT), se utilizan unidades de carcaza con pasos múltiples empleando deflectores longitudinales son la selección más económica. Sin embargo, es bastante difícil estimar con precisión el costo de intercambiadores usando deflectores longitudinales. Es por esto que es recomendable por el momento, que para aquellos casos donde la construcción sea

aplicable, el intercambiador se especifica como una unidad de un paso por carcaza. Luego, se solicita una alternativa para unidades de pasos múltiples, basado en el tipo de deflector deseado.

Tubos Tipos Los

tubos

disponibles

con

para

intercambiadores

superficie

lisa

o

están

aleteada.

La

selección de la superficie está basada en la aplicación, disponibilidad y economía del sistema. Los intercambiadores convencionales de tubo y carcaza usan tubos de superficie lisa. Estos están disponibles en cualquier tipo de material usado en la fabricación de intercambiadores y vienen en una gran diversidad de espesores. Este tipo de tubos es apropiado para todo tipo de intercambiadores de tubo y carcaza. En el caso de tubos con aletas pequeñas, las aletas incrementan 2 1/2 veces el área del tubo liso. Los tubos aleteados deben ser usados donde éstos sean económicos para aquellos servicios con un

factor de ensuciamiento en el lado de la carcaza de 0.00053 m2°C/W (0.003 hpie2°F/BTU) o menos. Longitud La selección de la longitud del tubo es afectada por

la

disponibilidad

y

el

costo

del

mismo.

Mundialmente las longitudes de tubo no mayor de 7.3 m (24 pie) son fáciles de obtener. Tubos más largos (hasta de 12.2 m (40 pie) para acero al carbono y 21.3 m (70 pie) para aleaciones de cobre) pueden encontrarse en los Estados Unidos. Sin embargo, 6.1 m (20 pie) de longitud de tubo es la medida comúnmente preferida en las refinerías de la IPPCN. Diámetro y espesor de pared Los tubos de intercambiadores son suministrados sobre la base de un mínimo o un promedio de espesor de pared y un diámetro nominal. Para los tubos de intercambiadores, el diámetro nominal del tubo es el diámetro externo, el cual es fijo. El diámetro interno varía con el espesor nominal de la pared del tubo y la tolerancia del espesor de pared. El mínimo espesor de la pared del tubo debe tener sólo

tolerancias

positivas,

por

consiguiente,

el

mínimo espesor es el espesor nominal de la pared del tubo. En el caso que la base sea el espesor promedio de la pared del tubo, la tolerancia puede ser positiva o negativa, por tanto el espesor real de la pared puede ser mayor o menor que el espesor nominal. La tolerancia permisible varía en función del material del tubo, Diámetro, y el método de fabricación de éste. En la Tabla (03),(03-A) se presentan datos de tubos de

intercambiadores

conductividad

y

térmica

en

la

Tabla

de

(04)

tubos

la de

intercambiadores. Insertado de tubos Los insertados de tubos son piezas cortas incrustadas en el borde de la entrada del tubo. Estas son usadas para evitar la erosión del tubo causada por la turbulencia formada a la entrada de éste, especialmente cuando se trabaja con fluidos que contienen sólidos. Cuando es definitivo que los tubos van a estar sometidos a la erosión por sólidos en el lado interno de los mismos, los insertados de tubos deben ser especificados. El material de construcción, la longitud y el espesor deberían ser dados.

También

los

insertados

de

tubos

son

ocasionalmente usados en servicio de agua de enfriamiento, para prevenir el ataque de oxígeno a la entrada o salida del tubo. Los insertados deben ser cementados en sitio. Estos no deben ser utilizados si se va a usar contrafuego. Arreglos de tubos (Tube Layout) Existen cuatro tipos de arreglos de tubos con respecto a la dirección transversal entre los bordes de los deflectores en el lado de la carcaza: cuadrado (90°), cuadrado rotado (45°), triangular (30°) y triangular rotado (60°).

Tipo de arreglo 30˚

Descripción Para todos los intercambiadores (excepto rehervidores con flujo de calor mayor que 19000 W/m2 (6000 BTU/hpie2) con un factor de ensuciamiento de 0.00035 m2°C/W (0.002 hpie2°F/BTU) o menor, se prefiere el uso de arreglos triangulares de 30°, suponiendo que el sucio acumulado se pueda limpiar con químicos. Un intercambiador con arreglo triangular cuesta menos por

metro cuadrado y transfiere más calor por metro cuadrado que uno con arreglo de tubo cuadrado a 90° ó 45° Este tipo de arreglo también es utilizado cuando se utilizan haces no removibles (intercambiadores de placa de tubo fija) 45˚

Es recomendable su uso para intercambiadores que tengan un factor de ensuciamiento en el lado de la carcaza mayor de 0.00035 m2°C/W (0.002 hpie2°F/BTU), cuando la limpieza mecánica del lado externo de los tubos es requerida o exigida por la refinería; de igual forma cuando exista un flujo de calor, en rehervidores, mayor de 19000 W/m2 (6000 BTU/hpie2). Este tipo de arreglo es también utilizado cuando existe flujo laminar y cuando se utilizan haces removibles

60˚

Es poco usado, debido a que sus características de transferencia de calor son bajas comparado con la alta caída de presión que ocasionan. Sin embargo, ocasionalmente algunos proveedores siguen usando este arreglo

90˚

Al igual que el arreglo de 45˚ puede ser utilizado para las especificaciones citadas para este arreglo en cuanto a flujo de calor y factores de ensuciamiento, pero a diferencia este arreglo se utiliza cuando existe flujo turbulento, especialmente para casos limitados por la caída de presión. También es aplicable cuando se utilizan haces no removibles.

Espaciado de los tubos El espaciado de los tubos (PT) es la distancia de centro

a

centro

entre

tubos

adyacentes.

Los

espaciamientos comúnmente usados se calculan como 1.25 veces el diámetro externo del tubo. En la tabla (05) se muestran valores de PT de acuerdo al tipo de arreglo bien sea de 30˚ o 45˚. Numero de pasos por los tubos Normalmente el número de pasos por los tubos no es menos de dos o más de ocho pasos. Con más de ocho y menos de dos, la construcción se complica y los costos de fabricación tienden a ser excesivos. Sin embargo, en casos especiales, 1 paso

o más de 8 pasos pueden algunas veces ser justificados. En caso de un diseño en particular deben seguirse las siguientes recomendaciones: a. Para intercambiadores de placa fija de tubos es posible usar cualquier número de pasos de tubo, impar o par. Los arreglos más comunes son de un paso o un número par de pasos múltiples. b. Para intercambiadores de tubos en U, cualquier número

de

pasos

de

tubo

es

posible,

pero

normalmente el máximo recomendado es 6, debido a consideraciones de construcción. c. Para intercambiadores de cabezal flotante con anillo dividido y arrastre continuo, cualquier número de pasos de tubo es posible. Esto se debe a que los diseños de un sólo paso de tubo, a pesar de no ser generalmente usados, requieren expansión especial o juntas empacadas. d.

Para

empacado

intercambiadores externamente

de con

cabezal anillo

de

flotante cierre

hidráulico, sólo arreglos de un solo paso o dos son posible en este tipo de construcción.

e.

Para

intercambiadores

empacado

externamente

de de

cabezal caja

flotante

de

estopas,

cualquier número par o impar de pasos de tubo es posible. En la tabla (06) se muestran el número máximo de pasos de tubo normalmente usados por varios diámetros de carcaza. Haces de tubos Los haces de tubos son designados con la nomenclatura

TEMA

usada

para

cabezales

posteriores Haces o banco de tubos

Descripción

Diseño de placa fija de tubo (Cabezal Posterior TEMA, tipos L, M o N)

Los intercambiadores de placa fija de tubos tienen las dos placas de tubos pegadas directamente a la carcaza y son los intercambiadores más económicos para diseño de baja presión. Este tipo de construcción de intercambiadores debe ser considerado cuando la limpieza del lado de la carcaza o inspección de esta no es requerida, o cuando la limpieza química es posible. El diferencial de expansión térmica entre los tubos y la carcaza, limita la

aplicación a diferencias moderadas de temperaturas (Una junta de expansión puede ser requerida cuando exista una diferencia de más de 28°C (50°F) entre la temperatura promedio del metal del tubo y la temperatura promedio del metal de la carcaza). Diseño de tubos en U (Cabezal posterior TEMA, tipo U)

Los intercambiadores de tubo en U representan el diseño más simple, requiriendo sólo una placa de tubo y no juntas de expansión de sellos. Este diseño permite la expansión térmica de los tubos. Los intercambiadores de tubo en U son las unidades menos costosas para diseños, que envuelvan servicios de alta presión en el lado del tubo. El haz de tubos puede ser removido de la carcaza, pero reparar o substituir uno de estos tubos (excepto los que están en la parte de afuera del haz) es imposible. La superficie externa del haz de tubo se limpia mecánicamente; pero la limpieza interna de los tubos puede ser mecánica o química, dependiendo del factor de obstrucción. Construcciones de tubos en U no son usadas (excepto en enfriadores de agua) cuando el factor de ensuciamiento del lado del tubo

excede 0.00035 m2°C/W (0.0020 hpie2°F/BTU). Diseño de cabezal flotante con haz de arrastre continuo(Cabez al posterior TEMA tipo T)

Los intercambiadores de cabezal flotante con haz de arrastre continuo tienen una placa de tubo fija en el final del canal y una placa de tubo flotante con una cubierta en la parte posterior. El haz puede ser removido fácilmente de la carcaza desarmando sólo la parte delantera de la cubierta. El haz de tubo de arrastre continuo tiene menos tubos por carcaza que otros tipos de construcción. La limpieza mecánica del lado del tubo y de la carcaza es posible de hacer.

Diseño de cabezal flotante de anillo divisorio (Cabezal posterior TEMA tipo S)

Un intercambiador con cabezal flotante de anillo divisorio posee una placa de tubo fijo en el final del canal y una placa de tubo flotante que está entre un anillo divisorio y una cubierta separada. El ensamblado del cabezal flotante se mueve dentro de la cubierta de carcaza, la cual tiene un Diámetro mayor que el de la carcaza. Para sacar el haz de la carcaza, las partes anterior y posterior de las cubiertas de carcaza y la placa de tubo flotante deben ser retiradas. Este requerimiento es la desventaja más grande del diseño de anillo divisorio, pues esto aumenta

considerablemente el requerimiento de horas–hombre para sacar el haz de tubo. La limpieza mecánica de la carcaza y del lado del tubo es posible de hacer. Los diseños de cabezal flotante de anillo divisorio son una compra magnífica, cuando se considera hacer todas las reparaciones del haz en el campo. Diseño de cabezal flotante empacado externamente (Cabezal posterior TEMA, tipo P o W)

Ninguno de estos diseños son especificados normalmente por las refinerías de la IPPCN debido a que la empacadura tiene tendencia a gotear, permitiendo así el escape de fluido a la atmósfera. Este tipo de diseño nunca debería ser usado con hidrocarburos o fluidos tóxicos.

Tipos de cabezal Cabezal fijo o anterior: El cabezal anterior fijo de intercambiadores de tubo y carcaza es comúnmente llamado canal. A continuación se indican los tipos más comunes de cabezales fijos TEMA y sus aplicaciones: Tipo de cabezal anterior

Descripción

A

Este tipo de cabezal presenta un canal removible con una plancha de cubierta también removible. El cabezal es usado con placa de tubo fija, tubos en U y con diseños de intercambiadores de haz removible. Este tipo de cabezal es el más común entre los cabezales fijos.

B

Este tipo de cabezal presenta un canal removible con una cubierta integral. El cabezal es usado con placa de tubo fija, tubo en U y con diseños de intercambiadores de haz removible. Este tipo de cabezal es normalmente usado sólo cuando el factor de ensuciamiento en el lado del tubo es menor que 0.00035 m2°C/W (0.0020 hpie°F/BTU) con limpieza química específica.

C

El canal con cubierta removible es integral con la placa de tubo. Existen dos variedades de cabezales tipo C disponibles. En una, el canal viene pegado a la carcaza con una conexión de brida y es usada para tubos en U y haces removibles. En la otra, el canal es integral con la carcaza y es usada con diseños de placa de tubo fija. El uso de cabezales tipo C con tubos en U y haces removibles no es recomendable, pues el canal es integral con el haz de tubo y esto complica su mantenimiento

D

Este tipo de cabezal es especial para presiones altas, se usa cuando la presión de diseño en el lado de los tubos excede 6900 kPa man. (1000 psig), aproximadamente. El canal y la placa de tubo tienen construcción forjada integral. La cubierta del canal está sujeta por tornillos especiales de alta presión.

Cabezal posterior La nomenclatura TEMA de cabezales posteriores define el tipo de haz de tubo del intercambiador. Los cabezales posteriores más comunes son:

Tipo de cabezal posterior

Descripción

L

Este tipo de construcción es similar al cabezal anterior fijo tipo A. Es usado en intercambiadores de placa de tubo fijo, cuando se requiere limpieza mecánica de los tubos.

M

Este tipo de construcción es similar al cabezal anterior fijo tipo B. Es usado en intercambiadores de placa de tubo fijo.

N

Este tipo de construcción es similar al cabezal anterior fijo tipo C. Es usado en intercambiadores de placa de tubo fijo.

P

Este tipo de cabezal es llamado cabezal flotante empacado externamente. Este diseño es integral y está formado por un canal posterior y placas de tubo con empaquetamiento sellador de juntas contra la carcaza. Este cabezal no se usa normalmente debido a que las juntas con empacaduras tienen tendencia a gotear. Este nunca debe ser usado con hidrocarburos o con fluidos tóxicos en el lado de la carcaza.

Deflectores (Baffles) La trayectoria del fluido contenido en la carcaza depende del tipo y arreglo de los deflectores. En algunos casos el patrón de flujo afecta considerablemente la transferencia de calor, mientras que en otros carece de importancia, por ejemplo en intercambiadores con condensación o cuando el valor del coeficiente de transferencia de calor del lado de la carcaza excede consideradamente al correspondiente del lado de los tubos. La mayoría de los deflectores cumplen con dos funciones: (1) direccionar el flujo según la trayectoria deseada y (2) soportar los tubos y prevenir vibración.

Los tipos de deflectores más conocidos son: transversales, longitudinales y de ventana; los cuales se describen a continuación.

Dirección del flujo

Deflectores transversales (Crossflow Baffles) Los deflectores transversales soportan a los tubos, restringen la vibración de éstos por choque con el fluido y direccionan el flujo, en el lado de la carcaza, transversalmente al haz de tubos (perpendicular al eje de los tubos); proporcionando un alto grado de turbulencia y un alto coeficiente de transferencia de calor, pero incrementan la caída de presión. Dentro de este tipo de deflectores el más conocido y eficiente es el de segmento. En este es necesario especificar ciertos aspectos como los que se citan a continuación: El corte del deflector es la porción del deflector “cortada” para permitir el flujo a través del deflector. El tamaño de este corte afecta el coeficiente de transferencia de calor y la caída de presión. Para los deflectores de segmento, esta porción es expresada en porcentaje y viene dada como el cociente entre la altura del corte y el Diámetro de la carcaza. Según trabajos realizados (en una sola fase) por Heat Transfer Research Inst. (HTRI) en deflectores de segmento, indican que el rango de corte óptimo es de 15 a 30%, con 25%. como el óptimo., los cortes de

los deflectores de segmento son de aproximadamente 25% de su área, aunque el máximo corte práctico para los soportes de tubos es aproximadamente 48%. El espaciado del deflector, es el espacio longitudinal entre deflectores con una precisión hasta de 6 mm (1/4 pulg). A menor espaciado del deflector, mayor coeficiente de transferencia y mayor caída de presión; por lo que esta distancia debe definirse de manera tal que permita una alta velocidad y un alto coeficiente transferencia dentro de los límites permisibles de caída de presión; es decir, hacía un diseño óptimo del intercambiador. El espaciado máximo del deflector no debe exceder al diámetro de la carcaza y debe ser adecuado para proporcionar soporte a los tubos y prevenir la posible vibración de los mismos. Esta dimensión es definida en el TEMA como máximo tramo sin soporte (“maximum unsoported span”); siendo los valores recomendados una función del tamaño del tubo y, para flujos sin cambio de fase, del diámetro de la carcaza. Si no existe cambio de fase en el fluido del lado de la carcaza, el espaciado de deflector no debe exceder el diámetro interno de la carcaza; perpendicular, cuando se tiene condensación o vaporización,

el máximo espaciado de deflectores es solamente función del diámetro del tubo. El mínimo espaciado de deflectores, requerido para mantener una buena distribución de flujo, es el 20% del Diámetro interno de la carcaza pero no menor de 50 mm (2 pulg). Un espaciado de deflector muy pequeño obliga al fluido en la carcaza a desviarse, produciendo así una disminución en el coeficiente de transferencia de calor.

Dirección del flujo

Deflectores longitudinales Este tipo de deflectores son usados para dividir la carcaza en dos o más secciones, creando carcazas multipasos. Deben usarse soldados a la carcaza y a la placa de tubos para evitar que el fluido filtre a través del collado entre el deflector y la carcaza, lo cual disminuiría la eficiencia de la operación de transferencia de calor. Debido a las dificultades encontradas para realizar un buen proceso de soldadura, cuando se requieren carcazas multipasos resulta más económico usar

carcazas separadas por cada paso; a menos que el diámetro de la carcaza sea lo suficientemente grande que permita soldar con facilidad el deflector a la carcaza.

Dirección del flujo

Deflectores de ventanas Cuando en un intercambiador se requiera baja caída de presión en la carcaza, por ejemplo en el manejo de gases, el uso de deflectores de flujo transversal resulta impráctico. En este caso deben usarse deflectores de flujo paralelo, conocidos como deflectores de ventana. La función principal de los deflectores de ventana es soporte de los tubos mientras permiten al fluido fluir paralelo a los tubos. Dentro de este tipo de deflectores el más conocido y eficiente es el de segmento doble (llamado también disco modificado o corona). Adicionalmente, los deflectores de círculo lleno son usados ocasionalmente para soportar los tubos en los rehervidores tipo marmita.

El corte de los deflectores de segmento doble es expresado en porcentaje y viene dado con el cociente entre el área de la ventana del deflector y el área de la sección transversal del intercambiador. Normalmente, las áreas de los huecos centrales en los deflectores dobles son iguales y cubren 40% del área de la sección transversal del intercambiador. Esto permite un solapamiento de deflectores de aproximadamente 10% del área de la sección transversal en cada lado del intercambiador. Sin embargo, el solapamiento debe ser suficiente para que por lo menos una fila de tubos sea soportada por segmentos adyacentes. El espaciado de este tipo de deflectores es aproximadamente igual al espaciado máximo permisible. Espaciamientos menores resultarían en flujo transversal, lo cual sería contrario al objetivo de este tipo de deflectores. Igualmente, para carcazas grandes (mayores de 1016 mm (40 pulg.)), el deflector es dividido en tiras para reducir el flujo transversal.

Orientación de los cortes del deflector

La orientación de los cortes del deflector depende del tipo de fluido, del arreglo de tubos y del servicio. Cuando el arreglo de tubos es cuadrado o cuadrado rotado se deben tomar en consideración los siguientes aspectos: • En condensadores, vaporizadores y unidades que contengan fluidos con sólidos suspendidos, la orientación del corte debe ser vertical. En esta forma se minimiza la formación de “bolsas”, las cuales actuarían como trampas de vapor o sedimentos, reduciendo así el área de transferencia de calor. • La orientación de los cortes del deflector debe ser horizontal cuando el fluido en el lado de la carcaza no tiene sedimentos y está siendo enfriado sobre un rango amplio de temperatura (100 a 175°C (200– 300°F)) en una sola carcaza. Esto evita la estratificación del fluido. • La orientación de los cortes del deflector puede ser también a un ángulo de 45° con respecto al nivel del suelo. Esta posición es conocida como “on the bias”. En arreglos triangulares de tubos (30°), la orientación de los cortes del deflector se define en base a: • Cuando el fluido libre de sedimentos en el lado de la carcaza está siendo enfriado sobre un amplio rango de temperatura (100 a 170°C (200–300°F)) en una sola carcaza, la orientación de los cortes debe

ser horizontal para así evitar estratificación del fluido. • Para cualquier otro servicio el corte debe ser vertical.

Banda de sello. Las bandas de sello son planas y de metal. Estas extienden el largo de la carcaza para prevenir que el fluido de la carcaza fluya a través del espacio entre el haz de tubo y la cara interna de la carcaza. La banda de sello está ubicada entre los bordes de deflectores adyacentes, en el espacio entre el haz y la carcaza. Normalmente, las bandas de sello son instaladas en par, una banda de cada lado del haz. Las bandas de sello normalmente son instaladas en haces de arrastre continuo debido que el espacio entre el haz de tubo y la carcaza es bastante grande (50 a 125 mm (2 a 5 pulg)). También son instalados en otros tipos de haces de tubo cuando el espacio entre los tubos de afuera y la carcaza exceden la mitad del espaciado de tubo. Las bandas de sello no son usadas en rehervidores de tipo marmita o en unidades con condensación isotérmica en el lado de la carcaza. Boquilla de entrada y deflector de choque Los deflectores de choque son requeridos en las boquillas de entrada del lado de la carcaza, para proteger el haz contra el choque del fluido cuando:

(a) se está condensando, (b) es una mezcla de vapor y líquido, (c) es material abrasivo continuo, o (d) está entrando a alta velocidad. Adicionalmente, TEMA requiere protección de choques para el haz cuando los valores de ρV2 (densidad del fluido, kg/m3, por la velocidad al cuadrado m2/s2) excede: a. 2250 kg/ms2 (1500 lb/pie.s2) para fluidos no corrosivos, no abrasivos y de una sola fase. b. 750 kg/ms2 (500 lb/pie.s2) para otros tipos de fluidos, especialmente para fluidos en su punto de ebullición. Para flujo bifásico, la densidad se calcula como la densidad homogénea gas–líquido. También, el área mínima de entrada del haz debe ser igual o exceder el área de la boquilla de entrada, y no debe producir un valor de ρV2 mayor que 6000 kg/ms2 (4000 lb/pie.s2) (TEMA). Para poder mantener la cuenta máxima de tubos, la placa de choques está algunas veces ubicada en la abertura de las boquillas en forma cónica o en el domo arriba de la carcaza. El material de la placa de choque debe ser por lo menos tan bueno como el de los tubos. Ubicación de los tubos/carcazas

fluidos a través

de

los

En la determinación de la localización de los fluidos tanto en la carcaza como en los tubos deben considerarse los siguientes factores:

1. Corrosión: Colocar el fluido más corrosivo en los tubos resulta más económico, pues los costos por requerimiento de aleaciones y revestimiento son menores. 2. Ensuciamientos: La localización en los tubos del fluido con mayor tendencia a la formación de depósitos se traduce en una reducción del ensuciamiento del área de transferencia ya que este arreglo permite un mejor control de la velocidad. A mayor velocidad menor ensuciamiento. Los tubos rectos se pueden limpiar mecánicamente sin remover el haz de tubos y la limpieza química normalmente es mejor en el lado de los tubos. Los tubos con aletas y en arreglo cuadrado pueden limpiarse fácilmente por medios físicos; pero usualmente la limpieza química no es efectiva en la carcaza. 3. Temperatura: Para servicios de alta temperatura, requiriendo materiales (aleaciones) costosos, es recomendable colocar el fluido caliente en los tubos. 4. Presión: Colocar la corriente de mayor presión en los tubos requerirá menos componentes de alta presión, lo cual se traduce en una reducción de costos. 5. Caída de presión: A igual caída de presión, mayor coeficiente de transferencia de calor es obtenido en los tubos; por esta razón, el fluido con menor caída de presión permisible debería colocarse en los tubos.

6. Viscosidad: Mayores ratas de transferencia de calor son obtenidas colocando un fluido viscoso en la carcaza. 7. Características tóxicas y letales: Generalmente, el fluido tóxico debe colocarse en los tubos, usando una placa doble de tubos para minimizar la posibilidad de fugas. En cuanto a fluidos con características letales, referirse al Código ASME y cumplir con los requerimientos establecidos para este tipo de servicios. 8. Rata de flujo: Colocar el fluido con menor rata de flujo en la carcaza, usualmente, resulta en un diseño más económico. La razón de ello radica en el hecho que en la carcaza el fluido experimenta un mayor turbulencia a menor velocidad que en el tubo. En resumen y a manera de guía, cualquiera de los fluidos que aparezca de primero en la lista siguiente será, normalmente, el que va por los tubos: 1. Agua de enfriamiento. 2. Fluidos corrosivos o un fluido propenso al depósito de coque, sedimentos y otros sólidos. 3. Fluidos con alto factor de obstrucción. 4. El menos viscoso de los 2 fluidos. 5. El fluido de mayor presión (para presiones extremadamente altas, 6900 kPa (1000 psi) manométricas, puede ser económico tratar este punto como número 1 en esta lista.

6. El fluido más caliente. 7. El líquido de menor volumen. Varias excepciones a esta lista son: 1. Los vapores condensables son normalmente colocados en la carcaza. 2. El vapor de agua es colocado normalmente en el interior de los tubos. 3. Si el cambio de temperatura de un fluido es muy grande (mayor que aproximadamente 167 °C a 195 °C (300–350°F)) y se requiere el uso de más de un paso de tubo, entonces este fluido va usualmente en la carcaza, en vez de por tubos. Esta distribución de los fluidos minimiza los problemas causados por la expansión térmica. También, para evitar problemas con la tensión térmica, los fluidos con cambio de temperatura mayor que 195°C (350°F) no pueden ser pasados a través del lado de una carcaza de 2 pasos. 4. Si uno de los fluidos es limpio (factor de ensuciamiento de 0.00018 m2°C/W (0.001 hpie2°F/BTU) o menor) y sólo es levemente corrosivo al material seleccionado, este fluido es el que se coloca en los tubos. Las construcciones de tubos en U son usados donde resulten económicas. Caída de presión Las consideraciones generales aplicables a intercambiadores de tubo y carcaza vienen dadas en los párrafos siguientes.

1. Corrección para el área reducida de flujo Para el lado de los tubos, se requiere de los suplidores de intercambiadores el suministro de tubos con un espesor en todo punto no menor que el especificado. Por esta razón, el diámetro interno actual es siempre más pequeño que el diámetro estándar. Esta desviación del diámetro estándar es mayor para el acero al carbono que para tubos de aleaciones de cobre. Para el lado de la carcaza, hay que incluir un factor que considera el ensuciamiento en el lado de afuera de los tubos. Este ensuciamiento reduce el área libre para flujo y de esta manera incrementa la caída de presión. 2. Consideraciones económicas de caída de presión La caída de presión de diseño a ser usada, normalmente, es determinada por un balance económico entre (1) el alto costo de bombear y de ciertos componentes del intercambiador y (2) la reducción de área superficial. A medida que el número de pases del tubo es incrementado o el espaciado de deflectores es reducido, la velocidad del fluido aumenta, produciendo así un aumento en la caída de presión y en el coeficiente de la película. Otra ventaja del incremento de la velocidad es que la medida del ensuciamiento decrece. Para corrientes presurizadas, la caída de presión debe ser maximizada. Cuando no existe información o restricciones de proceso sobre la velocidad

máxima, una limitación razonable para líquidos es cerca de 3 a 5 m/s (10 a 15 pie/s). Para gases y vapores, velocidades hasta de 30 m/s (100 pie/s) son comunes. Para corrientes bombeadas, a menos que están limitadas de otra manera, la caída de presión preliminar de diseño es la requerida para copar completamente la fuerza motriz de la bomba. La caída de presión debe ser determinada chequeando el retorno incrementar de la inversión, comparando el caso preliminar con uno usando un tamaño más grande de motor, ya sea completamente copado o la extensión permitida por las limitaciones de velocidad. Factores a ser considerados en la comparación son un posible cambio en la selección de líneas o en el tipo de bomba. Temperatura y presión de diseño Presión de diseño Las presiones de diseño de los lados caliente y frío

de

un

intercambiador

se

determinan

independientemente en base a las condiciones de operación, según los siguientes criterios: La presión de diseño debe ser igual a la máxima presión de operación esperada mas el mayor valor entre un 10% de dicha presión y 172 kPa man. (25 psig).

La mínima presión de diseño debe ser 207 kPa man. (30 psig). Ocasionalmente, uno de los pases internos

de

un

intercambiador

puede

fallar.

Entonces el lado de presión alta podría ejercer su presión sobre el lado de presión baja. Si la presión de diseño del lado de presión baja es mayor o igual a los dos tercios de la presión de diseño del lado de presión alta, no se requiere ninguna consideración adicional en caso que alguno de los internos falle. Los intercambiadores se prueban hasta por lo menos 150% de la presión de diseño y pueden utilizarse satisfactoriamente bajo esta presión por períodos cortos de tiempo. Si la presión de diseño del lado de presión baja es menor que dos tercios de la presión de diseño del lado de presión alta, se debe examinar el sistema para ver qué pasaría cuando ocurra un flujo rápido a través de un pase interno que haya fallado. Si existe un camino adecuado de escape para el

fluido de

alta presión o si una válvula de control automática abre de manera de proveer una vía de escape adecuada,

no

es

necesario

tomar

en

cuenta

consideraciones adicionales. Pero si la vía de escape puede ser bloqueada, o es inadecuada, el diseñador debería establecer la presión mínima por falla

interna (presión de equilibrio bajo condiciones de una falla interna) que se requiere para manejar esta emergencia. Temperatura de diseño Las temperaturas de diseño de los lados caliente y

frío

de

un

intercambiador

se

determinan

independientemente en base a consideraciones de proceso y usando, normalmente, los siguientes criterios: Para intercambiadores que operan a temperaturas entre 0ºC (32ºF) y 399ºC de

diseño

debe

(750ºF), la temperatura

definirse

como

la

máxima

temperatura de operación esperada más 14ºC (25ºF). La mínima temperatura de diseño debe ser 66ºC (150ºF) para intercambiadores operando por encima de 0ºC (32ºF). Para intercambiadores que operan a 0ºC (32ºF) y a menores temperaturas, la temperatura de diseño debe definirse como la mínima temperatura de operación esperada. Cuando exista la posibilidad de exponer a los tubos, la placa de tubos y el cabezal flotante a la

temperatura de entrada del fluido caliente, como resultado de la pérdida del medio enfriante, estos componentes deben ser diseñados para la máxima temperatura

de

operación

esperada

del

fluido

y

tubo,

caliente. Arreglo de las corrientes Los

intercambiadores

de

carcaza

múltiples, se conectan usualmente en serie debido a la ventaja que se obtiene en la diferencia de temperatura efectiva, DTMe. La única razón para tener arreglos de unidades múltiples en paralelo es evitar exceder la caída de presión permitida. Los arreglos en paralelo se requieren frecuentemente en servicios de vapor, tales como condensadores de tope. Es deseable minimizar el número de carcazas conectadas en paralelo, ya que se evitan problemas de distribución, especialmente en aquellos servicios donde ocurre vaporización.

Como hacer simulación

una

Para realizar una simulación básicamente se siguen los siguientes pasos:

1) Abrir una nueva simulación Para abrir una nueva simulación se siguen los pasos explicados anteriormente en la sección ARRANQUE DE HEXTRAN 2) Introducir descripción del problema Se hace clic sobre sobre la opción INPUT ubicada en la barra de menú y se selecciona la opción PROBLEM DESCRIPTION

Figura TAL Barra desplegable Input/Entrada

Se muestra la siguiente ventana: Figura TAL Ventana Problem descrption

Esta opción permita anexar información como nombre del proyecto, nombre de la persona que realizo la simulación, breve descripción del problema o estudio…

3) Selección de la configuración de las unidades de medida

Para seleccionar las unidades de medida de entrada se procede de manera similar al paso 2, pero una vez que se despliegue la barra se selecciona UNITS OF MEASURE o se accede directamente haciendo clic sobre el símbolo ubicado en la barra de herramientas

Figura TAL Ventana Problem descrption

Figura TAL Ventana Problem descrption

En esta ventana es posible escoger el sistema de unidades con el que se desea trabajar, inclusive es posible cambiar las unidades de un término en particular sin que este afecte las unidades del resto, a menos que guarde relación con el término.

Si se deseamos trabajar con el sistema ingles de unidades o cualquier otro, ya el sistema tiene definido por defecto las unidades correspondientes a los términos utilizados como se observa en la figura anterior. Observamos que la presión está definida en psia, si deseamos cambiar estas unidades, simplemente realizamos un doble clic sobre la fila donde se encuentra la presión y observamos que se despliega una ventana

Figura TAL Ventana Problem descrption

Una vez realizado esto se hace clic sobre la opción COMMON y luego seleccionamos la unidad de nuestra preferencia desplegando la ventana que se activa al seleccionar esta opción y posteriormente se hace clic sobre CHANGE

Figura TAL Ventana Problem descrption

4) Definición de los componentes y el método termodinámico Selección de los componentes Para definir los componentes seleccionamos en el menú INPUT la opción COMPONENTS/ THERMODYNAMICS o hacemos clic sobre el símbolo ubicado en la barra de herramientas

Figura TAL Ventana Problem descrption

HEXTRAN 9.1 trabaja con una extensa base de datos muy similar a la de otros programas de simulación como Pro II, por lo tanto tiene acceso alrededor de 2000 componentes puros, los cuales pueden ser ubicados por su nombre completo, nombre alias o formula molecular, adicional a esto también puede trabajarse con componentes de petróleo para los cuales debe definirse 2 de las 3 siguientes: grados API, punto normal de ebullición (NBP) y peso molecular. También se puede trabajar con cortes de petróleo para los cuales hay que definir rangos de temperatura, así como también como análisis ASSAY donde es necesario definir otros aspectos, en la sección de desarrollo de ejercicios se mostrará como introducir estas variadas alimentaciones.

La selección de los componentes se puede realizar de dos formas; la primera es haciendo doble clic sobre el componente que deseamos adicionar y la otra es arrastrarlo hacia la parte superior izquierda donde se colocan los componentes (SELECTED COMPONENTS), para arrastrar el componente se hace clic con el botón izquierdo del mouse en la fila donde se encuentre y con la ayuda del mismo lo trasladamos sin dejar de hacer clic sobre el hasta ubicarlo en la lista de componentes a adicionar. Selección del método termodinámico Para seleccionar el método procedemos de la siguiente forma:

termodinámico

Luego de haber seleccionado los componentes, (a manera de ilustración el componente escogido fue el acido acético), se hace clic sobre la pestaña con el nombre METHOD Figura TAL Ventana Problem descrption

Posterior a esto se define un nombre para identificar el método termodinámico y posteriormente se hace clic sobre la opción ADD, en este caso el nombre a utilizar será METODO

Figura TAL Ventana Problem descrption

Luego de realizar el paso anterior se muestra la siguiente ventana donde seguidamente se hará clic con el botón derecho del mouse sobre la carpeta que con el nombre THERMODYNAMIC DATA para posteriormente escoger el método termodinámico más adecuado. Figura TAL Ventana Problem descrption

La escogencia del método termodinámico es un factor determinante en el desarrollo de la

simulación, la elección errónea del método termodinámico puede acarrear fallas y errores en la simulación, es recomendable seguir las siguientes pautas a la hora de escoger los métodos termodinámicos. En Procesamiento de Hidrocarburos:  Grayson – Streed: Para sistemas ricos en hidrógeno, crudo, sistemas de vacío, tratamiento de coque, torres de FCC.  SRK (Soave-Redlich-Kwong), PR (PengRobinson): Columnas de cortes livianos, Despojadores, Plantas de recuperación de gas, Sistemas ricos en hidrógeno (SRKM).  SOUR, GPSWATER: amargas.

Sistemas

de

aguas

 SRKK, SRKM, SRKS, IGS: Son utilizados si la solubilidad del hidrocarburo (H/C) en agua es importante (Sistemas VLLE). En procesamiento de Gas:  SKR y PR: para todos los tipos de planta de procesamiento y sistemas criogénicos.  SKRM, PRM y SRKS: Sistemas con agua, metanol, y/o otros componentes polares.  GLYCOL: Deshidrogenación con TEG. Mejorado para emisiones con componentes aromáticos. Está basado en SRKM.  AMINE: “Endulzamiento” de gas natural  SRKK, IGS, SRKM y SRKS: Se utiliza si la solubilidad del gas natural (livianos) es importante, con presencia entonces de sistemas con VLLE.

5) Definición de las opciones globales Cuando se hace un diseño, evaluación, limpieza del intercambiador… HEXTRAN 9.1 define una serie de opciones globales relacionadas a aspectos como; el método a utilizar para calcular las propiedades térmicas del agua y vapor, método para calcular la solubilidad del agua, adicionalmente también muestra valores definidos asociados a la parte económica, referidos al costo del intercambiador, costo de los servicio públicos,

como ya se mencionó estos valores vienen predefinidos sin embargo si estos datos quieren ser modificados simplemente se despliega la ventana y se selecciona la opción o se escribe el valor que se desea suministar, la ventana que se muestra es la siguiente: Figura TAL Ventana Problem descrption

6)Definición del tipo de cálculo Para seleccionar el tipo de calculo se hace clic sobre la opción INPUT ubicada en la barra de menú, posteriormente se selecciona CALCULATION TYPE, con lo cual se muestra el siguiente cuadro, en el que se seleccionará la opción acorde al estudio que quiera realizar, pasando de una simulación a un caso de estudio de limpieza, optimización de area, entre otras. Luego de seleccionar la opción de nuestra conveniencia hacemos clic en OK.

Figura TAL Ventana Problem descrption

7)Selección de las opciones de cálculo Esta opción se ubica en la barra de menú, desplegándose al hacer clic sobre la palabra INPUT y posteriormente sobre CALCULATIONS OPTIONS mostrándose el siguiente cuadro Figura TAL Ventana Problem descrption

En la parte superior de esta ventana se encuentra 4 opciones:

LIMITS, CALCULATIONS METHODS, PRINT OPTIONS y HTRI/HTFS OPTIONS La primera opción LIMITS permite al usuario establecer limites en diversos aspectos tales como: tamaño de la carcaza, número de carcazas en serie y paralelo, número de iteraciones……., existiendo en estos aspectos valores predeterminados por el programa, pero que pueden ser modificados simplemente introduciéndolos en las casillas correspondientes, para luego confirmar los cambios haciendo clic sobre OK. La segunda opción CALCULATIONS METHODS permite al usuario escoger el método a utilizar para determinar la caída de presión La tercera opción PRINT OPTIONS permite hacer modificaciones respecto a los valores que deseamos ver en el reporte final de la simulación, podemos incluir o excluir datos, así como también modificar la forma de presentación de las corrientes, bien sea en fracción, porcentaje peso, volumen de liquido, volumen de gas... La cuarta opción HTRI/HTFS OPTIONS permite exportar la data de HEXTRAN a HTRI para realizar una estudio más completo.

8)Dibujar la simulación La construcción del diagrama de flujo de procesos es muy sencilla, simplemente se hace clic sobre el siguiente

icono

ubicado

en

la

barra

de

herramienta, seguidamente se desplegara una paleta del lado derecho la cual muestra diversidad de equipos que pueden ser utilizados en la simulación, para introducir estos equipos se hace clic sobre estos y se trasladan hasta la zona de construcción haciendo nuevamente clic en el lugar donde se desea colocar, posteriormente aparecerá un mensaje en pantalla, preguntando al usuario si quiere realizar un diseño o evaluación y dependiendo del equipo escogido se muestran opciones de trabajo para HTRI o HTFS. Figura TAL Ventana Problem description

Para agregar entradas y salidas a los equipos se hace clic sobre el siguiente icono ubicado en la ventana principal de PDF seguido de esto se mostraran en el equipo el lugar correspondiente a las corrientes.

A continuación se muestran algunos de los equipos más utilizados Tabla nro tal barras principal pdf

Unidad de operación Función

Icono

Corriente de proceso

Permite indicar entradas y salidas a los equipos o sistema en general

Intercambiador de tubo y carcaza

Tipo de intercambiador que se utiliza comúnmente en las refinerías, de fácil limpieza y costo relativamente bajo

Enfriador de aire

Permiten el intercambio de calor a través de la acción de un ventilador, es común su uso cuando se requiere retirar grandes cantidades de calor en conjunto con otros HX, siendo retirada la mayor parte del calor por el enfriador de aire

Intercambiador de calor con aletas

Se utilizan de acuerdo al tipo de aletas que posean si son de aletas longitudinales se aplican en servicios donde la caída de presión es pequeña y el fluido en el lado de las aletas es limpio si son

de aletas transversales se utilizan cuando existe una resistencia alta para el flujo de calor, mientras que las propiedades del otro fluido permiten una resistencia baja. Intercambiador de calor de placas

Es común su uso en la industria petrolera cuando se requiere un sistema de intercambio de calor compacto y flexible en rangos de temperatura por debajo de 250 °C (482 °F) y 2533 kPa man. (368 psig).

Intercambiador de calor de doble tubo

Es común su uso cuando se requieren temperaturas de aproximación pequeñas o rangos de temperaturas grandes. Además, las unidades de doble tubo encajan muy bien en aquellas aplicaciones que involucran presiones altas y/o flujos bajos, debido a que estas unidades son de diámetros relativamente pequeños. Calienta o enfría una corriente del proceso, el calor de intercambiado entre dos corrientes de proceso puede ser utilizada en otro

Intercambiador de calor

Controlador multivariable

Mezclador

Separador

Flash

Decantador

Separador de solidos

proceso. Calcula el intercambio de temperaturas, la caída de presión, y el coeficiente de transferencia de calor tanto sobre la cáscara como sobre el lado de tubo del intercambiador de calor rigurosamente definido Calcula el estado termodinámico de cualquier corriente cuando dan a dos variables, realizando cálculos de equilibrio de fase Es una sola alimentación o una mezcla de dos o más corrientes con igual composición y fase las cuales posteriormente son separadas Calcula el estado termodinámico de cualquier corriente cuando dan a dos variables, realizando cálculos de equilibrio de fase Este equipo es utilizado para separar mezclas heterogéneas líquidas o solidas basándose en la diferencia de densidad entre los dos componentes. Separa materiales en fase solida de una

Bomba Compresor

corriente de alimentación en mezcla Simula la caída de presión a través de una válvula Incrementa la presión a la corriente de proceso al valor requerido Comprime la corriente de alimentación de acuerdo a las especificaciones dadas

9) Introducir datos a las corrientes Para adicionar datos a las corrientes el usuario debe haber definido previamente las corrientes de entrada y salida del o los equipos, asi como también agregado los componentes y seleccionado el método termodinámico a utilizar, luego de la construcción del DFP se hace doble clic sobre las corrientes para proceder a anexar datos, una vez abierta la ventana se introducen valores de presión, temperatura, flujo total y las proporciones en que se encuentran los componentes en la mezcla.

Figura TAL Ventana Problem description

10)Introducir datos al intercambiador de calor Para introducir los datos a los equipos se hace doble clic sobre el equipo, luego de esto se mostrará la siguiente ventana solicitando los siguientes datos (caso intercambiador de tubo y carcaza), los datos solicitados por HEXTRAN varían de acuerdo al equipo utilizado Por ejemplo al hacer doble clic, HEXTRAN los siguientes datos:

solicita

Figura TAL Ventana Problem description

Para introducir la data al intercambiador se hace clic sobre cada una de las pestañas y se introducen los valores allí solicitados, existen algunos datos que ya son asumidos por el programa y otros que mediante el despliegue de una pestaña permite la escogencia de la opción de nuestra preferencia. Se ilustra a continuación la data solicitada al hacer clic sobre TUBESIDE. Figura TAL Ventana Problem description

Para la figura anterior observamos resaltados con el color rojo un ejemplo de los datos que pueden ser suministrado por el usuario , en cambio los data resaltada con el color azul, puede ser modificada por el usuario pero solo para las opciones definidas por el programa,estas se muestran por medio del despliegue de una ventana.

11)Ejecutar el cálculo Luego de seguir todos los pasos descritos anteriormente se ejecuta la simulación, para ello se hace clic sobre el siguiente icono ubicado en la barra de herramientas.

12)Revisar el informe de salida. Para revisar el informe de salida se hace clic sobre el sobre la opción OUTPUT ubicada en la barra de menu y posteriormente sobre VIEW REPORT, si se desea observar el reporte de una forma más presentable, se hace clic sobre el o los equipos y seleccionando nuevamente OUTPUT y luego se escoge la forma en que se desea ver el reporte bien sea en versión HTLM o EXCEL

VIEW REPORT REPORT

HTLM REPORT EXCEL