intercambiador de calor por tuberias y otro accesorios

1. INTERCAMBIADORES DE CALOR

2. OBJETIVO DEL PRESENTE CURSO
Al término del curso los participantes se encontrarán en
condiciones de:
Reconocer los mecanismos de transferencia de calor
involucrados en los distintos equipos presentes en un
proceso.
Conocer la operación de un Intercambiador de Calor.
Identificar la importancia del fenómeno de transferencia de
calor para la operación de Electro-obtención.
Identificar los problemas mas comunes en un Intercambiador
de calor de placa.

3. INTRODUCCIÓN
La termodinámica estudia y trata la transiciones cuantitativas y
reacomodos de energía como el calor en los cuerpos de materia,
también estudia como se realiza el intercambio de energía (calor)
entre un cuerpo caliente y uno frió, o como la energía esta relaciona
en los cambios de fase (sublimación, fusión, evaporización,
condensación y solidificación).

4. INTRODUCCIÓN
Los diferentes estados (o fases) de la materia inciden directamente en
la energía de cada uno de ellos.
Los diferentes estados de la materia, incide en las propiedades
térmicas de la materia.
Las fases de una sustancia en cada estado esta asociado a su
contenido de energía.

5. INTRODUCCIÓN
Existen leyes que rigen los fenómenos de transferencia de calor, y los
mecanismos involucrados.
La forma en que tiene lugar la transferencia de calor, determina los tres
mecanismos de transferencia de calor esto es, conducción, convección y
radiación.
Luego, existen equipos que ocupan estos mecanismos, para
intercambiar calor, y además, en los procesos podemos identificar
procesos de transferencia de calor.

6. Tarea de Aprendizaje N°1
Describir los Mecanismos de Transferencia de Calor

7. MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Se ha descrito a la transferencia de calor como el estudio de las
velocidades a las cuales el calor se intercambia entre fuentes de calor y
recibidores.
Los procesos de transferencia de calor se relacionan con las razones de
intercambio térmico, tales como los que ocurren en equipo de
transferencia de calor, tanto en ingeniería mecánica como en los
procesos químicos.

8. MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
El proceso por el que se intercambia energía en forma de calor entre
distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que
están a distinta temperatura, involucra tres distinto mecanismos de
transferencia de calor :
 Conducción
 Convección
 Radiación

9. MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Conducción, en donde el calor pasa a través de la
sustancia del cuerpo.
Convección, en el cual el calor es transferido por el
movimiento relativo de partes del cuerpo calentado.
Radiación, mecanismo por el calor se transfiere
directamente entre partes distantes del cuerpo por
radiación electromagnética.

10. MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente, puede
ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos.
Por ejemplo, el calor se transmite a través de la pared de una casa
fundamentalmente por conducción, el agua de una cacerola situada
sobre un quemador de gas se calienta en gran medida por convección, y
la Tierra recibe calor del sol casi exclusivamente por radiación.

12. MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Mecanismos térmicos
Ambiente es el espacio tanto interior como exterior a la envolvente del
cerramiento, en el cual se incluye todos aquellos parámetros físicos que
intervienen en los procesos de transferencia de calor.
Se define como cerramientos a los elementos de separación entre el
ambiente interior y el ambiente exterior de un edificio u equipo y que
constituyen su envolvente ciega.

13. MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Regiones definidas en los cerramientos:
Superficies ( radiación y
convección)
Interior del cerramiento
(conducción)
Aislamiento (resistencia
térmica)

14. En la transmisión del calor a través de los cerramientos, entre el ambiente
exterior y el ambiente interior de los edificios u equipos, se distinguen
varios mecanismos de transferencia y regiones donde se realizan:
Superficies espacio que esta en contacto con el ambiente exterior e
interior, donde se intercambia calor por radiación y convección entre el
ambiente y el interior del cerramiento
Interior del cerramiento donde se transmite calor por conducción entre
ambas superficies a través de varias capas, y se almacena calor por
acumulación en su masa térmica.
Aislamientos son regiones del interior del cerramiento con elevada
resistencia térmica y sin acumulación de calor. Los casos
convencionales son las capas aislantes, de masa despreciable, y las
cámaras de aire, que si bien actúan por mecanismos de convección y
radiación, se asimilan a una resistencia térmica y por supuesto carecen
de capacidad de acumulación

15. MECANISMOS DE CONDUCCIÓN
situación a T 0
La conducción es el modo de
transferencia térmica en el que el calor se
mueve o viaja desde una capa de temperatura
elevada del cerramiento a otra capa de inferior situación a T 1
temperatura, debido al contacto directo de las
moléculas del material.
situación a T 2
Q
T2 T1
situación a T 3
T2 > T 1

16. MECANISMOS DE CONDUCCIÓN
La relación existente entre la velocidad de transferencia térmica por
conducción y la distribución de temperaturas en el cerramiento depende
de las características geométricas y las propiedades de los materiales
que lo constituyen, obedeciendo la denominada la Ley de Fourier:
(W /m2) (W = J / s)

17. MECANISMOS DE CONDUCCIÓN
Analizando la ley de Fourier, esta afirma que la velocidad de conducción
de calor a través de un cuerpo por unidad de sección transversal es
proporcional al gradiente de temperatura que existe en el cuerpo (con el
signo cambiado), donde el factor de proporcionalidad se denomina
conductividad (λ ).

18. MECANISMOS DE CONDUCCIÓN
Los materiales como el oro, la plata o el cobre tienen conductividades
térmicas elevadas y conducen bien el calor, mientras que materiales como
el vidrio o el amianto tienen conductividades cientos e incluso miles de
veces menores; conducen muy mal el calor, y se conocen como aislantes.

19. MECANISMOS DE CONVECCIÓN
Cuando el aire de un ambiente se pone en contacto con la superficie de
un cerramiento a una temperatura distinta, el proceso resultante de
intercambio de calor se denomina transmisión de calor por convección.

20. MECANISMOS DE CONVECCIÓN
• Es la transferencia de calor con transporte de masa.
• Típicamente ocurre en fluidos, líquidos o gases.
• Naturalmente ocurre debido a la diferencia de densidades que
produce la expansión térmica en el fluido.
• El flujo de materia y calor puede forzarse con una bomba o
ventilador.

21. MECANISMOS DE RADIACIÓN
Se denomina transmisión de calor por radiación cuando la superficie del
cerramiento intercambia calor con el entorno mediante la absorción y
emisión de energía por ondas electromagnéticas.
Mientras que en la conducción y la convección era precisa la existencia
de un medio material para transportar la energía, en la radiación el calor
se transmite a través del vacío, o atravesando un medio transparente
como el aire.

22. MECANISMOS DE RADIACIÓN
Las superficies opacas pueden absorber o reflejar la radiación incidente.
Generalmente, las superficies mates y rugosas absorben más calor que las
superficies brillantes y pulidas, y las superficies brillantes reflejan más energía
radiante que las superficies mates

23. Tarea de Aprendizaje N°2
Teoria Fundamental de la transferencia de calor

24. Teoría Fundamental de la transferencia de calor
Principio de operación del Intercambiador de placas
En un intercambiador de calor de placas,
el calor es transferido desde una
solución caliente o una solución fría, a
través de finas placas metálicas,
llamadas placas de canal, que han sido
prensadas dentro de un patrón especial.
Las placas de canal adyacentes tienen
diferentes patrones de prensado.
La transferencia de calor será grande
cuando las diferencias de temperaturas
entre el fluido frío y caliente sea mayor;
de allí que se utilice vapor o agua a alta
temperatura.

25. Teoría Fundamental de la transferencia de calor
La transferencia de calor no depende sólo de las diferencias de
temperaturas de los fluidos caliente y frío, sino también del tipo de material
con que está diseñado el intercambiador de calor.
Hay algunos metales que conducen el calor mejor que otros, el parámetro
que manifiesta esta propiedad es el coeficiente de conductividad del
material; a mayor coeficiente de conductividad mayor será la transferencia
de calor.

26. Teoría Fundamental de la transferencia de calor
Teoría fundamental
Algunas ecuaciones que nos describen el fenómeno de transferencia de calor y
que rigen para el intercambiador de placas son las siguientes:
Flujo de calor transferido:
Donde:
Flujo de calor transferido:
Q = Flujo de calor, Btu/hr.
m = Flujo másico, lbm/hr.
CP = Capacidad calorífica del fluido, Btu/lbm°F.
∆T = Diferencia de temperaturas, °F.

27. Teoría Fundamental de la transferencia de calor
Coeficiente Global de transferencia de Calor:
N = número de placas
U O = Coef. Global de transferencia de calor
A O = Superficie de transferencia de calor de una placa, tal que 2 Ao es el área
existente en un canal formado con 2 placas.
∆T ML = Diferencia de temperaturas media logarítmica.
Donde:

28. Teoría Fundamental de la transferencia de calor
x = espesor de la placa.
k = conductividad térmica de las placas.
fi = fo = factores de obstrucción por incrustaciones.
hi = ho = coeficientes de película de transferencia de calor.

29. Teoría Fundamental de la transferencia de calor
Cuando hay una transferencia de calor de un medio caliente a otro frío, en
el trayecto, el calor encuentra varias resistencias térmicas, que como su
nombre indica, se oponen al paso del calor, dichas resistencias cuando el
intercambiador de calor está limpio son:
• Resistencia debido a al flujo a calentar
• Resistencia debido al material de que están hechas las placas (SS
316, Ti , etc.)
• Resistencia debido a incrustación en las placas (fouling)
Estas resistencias térmicas hacen que la temperatura vaya disminuyendo
en el trayecto del fluido caliente al frío.

30. Teoría Fundamental de la transferencia de calor
Principios Básicos de Hidráulica
Golpe de ariete : Producido por una golpe brusco de fluido, el cual afecta las placas
de un PHE
Impacto sobre una estructura de un
fluido por golpe de ariete

31. VARIABLES OPERACIONALES
Para todas las operaciones de transferencia de calor existen diferentes
variables que influirán de una mayor o menor manera en la eficiencia de
los sistemas o equipos, entre ellas tenemos:
• Diferencia de temperatura
• Razón de flujo de cada uno de los fluidos y la relación entre ellos.
• Área de calentamiento
• Caídas de presión para las corrientes

32. VARIABLES OPERACIONALES
Diferencia de temperatura
Se ha visto que siempre los diferenciales de temperatura ” ∆t ” son
directamente proporcionales a la transferencia de calor, de aquí
inmediatamente se tiene claro que a mayor diferencia de temperatura se
produce una mejor transferencia de calor.
Esto lógicamente por que hay mayor calor disponible en uno de los fluidos
para entregar calor al otro de menor temperatura.
Sin embargo esto no quiere decir que el sistema es más eficiente, la
eficiencia esta en proporción según la tendencia a salir ambos fluidos con
temperaturas lo más cercanas entre si.

33. VARIABLES OPERACIONALES
Razón de fluidos
La razón flujo es la relación que existe entre la entrada de fluido frío y
la entrada de fluido frío. Se intuye que si existe un desequilibrio, esto
se explica desde el punto de vista de la disposición de masa que
existe para que ocurra el traspaso de calor.
Si hay más fluido calienta que frío, se entiende que existe más calor
disponible que el que se puede absorber, en el caso inverso entonces
entenderíamos que existe más disponibilidad para absorber calor que
el calor disponible para la transferencia.
Por este motivo en estado ideal se tiende a trabajar con fluidos
equivalentes o iguales

34. VARIABLES OPERACIONALES
Áreas de calentamiento
En todas las ecuaciones de transferencia de calor siempre se puede
observar que existe una relación directamente proporcional entre el
área y la transferencia del calor producida, de aquí entonces
podemos concluir que a una mayor área de calentamiento, mayor
será la transferencia de calor.
Por esta razón es que es mucho mejor la transferencia de calor en
términos de rendimiento en un intercambiador de placa que uno de
tubos, sin embargo hay una variable que es la caída de presión que
es mejor en el intercambiador de tubo y coraza

35. VARIABLES OPERACIONALES
Caídas de presión para las corrientes
La importancia fundamental de las caídas de presión radica que
generalmente esta variable va asociada con el volumen o caudal y
los tiempos de estadías del fluido frío dentro del equipo.

36. Tarea de Aprendizaje N°3
Describir la operación de un intercambiador de calor

37. OPERACIÓN DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR
El propósito de este aparato es transferir calor de un medio a otro, y que el calor
pase fácilmente a través de las paredes que separan un medio de otro.
El alto calor que fluye a través de las paredes puede ser seriamente reducido por
la formación de depósitos de variadas formas sobre la superficie de las placas.
El intercambiador induce un flujo altamente turbulento, la cual entrega una fuerte
resistencia a la formación de depósitos sobre la superficie de las placas. Se
debe tener en cuenta, que algunas veces no es factible eliminar los depósitos
(Obstrucciones).

38. OPERACIÓN DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR
El objetivo del intercambiado de placas es enfriar el agua, (solución electrolito),
usada como refrigerante en el proceso, mediante la transferencia de calor de un
medio a otro. El calor debe pasar fácilmente a través de las paredes que separan
un medio del otro.

39. En la mayoría de las plantas de procesos se presenta la necesidad de transferir
energía térmica entre fluidos o de fluidos a sólidos, tanto para calentar, enfriar,
evaporar como para efectuar tratamientos térmicos, etc. Esta operación cumple
muchas veces un papel fundamental en el procedimiento de elaboración ya que
de ella puede depender la calidad de un producto o la eficiencia del proceso
mismo en cuestión, en donde las temperaturas son parámetros críticos.

40. Diseño constructivo de un Intercambiador de placa.
Existen varios diseños de intercambiadores de placas, pero son dos las
construcciones básicas más difundidas, a saber:
Intercambiador de placas con juntas, designado PHE (Plate heat exchangers)
Intercambiador de placas soldadas, designado BHE (Brazed heat exchangers)

41. Diseño constructivo de un Intercambiador de placa PHE.
Los intercambiadores de calor consisten en un conjunto de placas metálicas
corrugadas montadas entre dos placas, una fija (bastidor) y otra móvil (de
presión). Este paquete de placas a su vez, es soportado por dos barras guía, una
superior y otra inferior que apoyan sobre una columna o pedestal. El sellado
entre placas se efectúa mediante juntas elastoméricas quienes a su vez dirigen
los fluidos por canales alternos.

42. Junta que no permite pasar
la solución por esa placa

43. Diseño constructivo de un Intercambiador de placa PHE.
Las placas contienen orificios que permiten y dirigen el flujo de los fluidos. El
conjunto de placas es comprimido mediante espárragos que aseguran el apriete
y estanqueidad entre las mismas. Las conexiones de entrada y salida se
localizan en la placa fija del bastidor salvo en el caso de que haya más de un
paso, donde se utilizan ambas placas del bastidor.

44. Materiales y dimensiones de las placas
Las placas constituyen el alma del equipo y tanto la selección de materiales
como el diseño, tamaño y cantidad de las mismas dependerá de las condiciones
del servicio requerido. Las placas en general presentan un diseño en forma de
“tabla de lavar “que reconoce cinco segmentos funcionales, a saber
• Segmento de ingreso del fluido en la parte superior (Inlet port)
• Segmento de distribución del fluido
• Segmento o área principal de transferencia de calor
• Segmento colector de fluido
• Segmento de egreso del fluido (outlet port)

45. Las placas pueden construirse en diferentes medidas y espesores, variando
entre las siguientes dimensiones:
• Espesores de placas: 0.4 a 1.15 mm
• Área de intercambio por placa: 0.032 a 3.4 m2
• Área de intercambio por unidad: 0.1 a 2200 m2 .
• Espaciado entre canales: 1.6 a 5.5 mm
• Dimensiones placas: ancho (0.2 a 1.5 m) y alto (0.5 a 3 m)
• Dimensiones por unidad: 0.5 a 6 m
• Dimensiones de las conexiones: 1” a 18”. En los BHE máx (4”)
• Tipo de conexiones: roscadas, socket, bridadas o Victaulic

46. La característica más importante de los intercambiadores de placas es que los
coeficientes globales de transferencia de calor que se obtienen en servicios de
líquido a líquido, son de dos a tres veces mayores que los que se pueden
obtener con las mayores unidades de tubo y coraza.
Los coeficientes típicos de diseño para un intercambiador de placas de agua a
agua son de 3,500 a 5,000 Kcal/m2hr°C.

47. Tarea de Aprendizaje N°4
Identificar los componentes de un
intercambiador de calor

48. COMPONENTES DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR.
Componentes de un Intercambiador de Placa
Un intercambiador de placas típico se compone de cuatro secciones :
a) El bastidor, cuyos componentes son de acero al carbón, con excepción de
aquellos que, como las conexiones de entrada y salida, tienen contacto con
los fluidos.
b) Las placas de transferencia de calor, que se fabrican prensando láminas
delgadas de gran variedad de aleaciones y metales resistentes a la corrosión.
El más usado es el acero inoxidable. El espesor de las placas es
generalmente de 0.4 a 1.14 mm.
c) Las juntas, son gomas o cauchas de NBR (goma de nitrilo de calidad
superior) o EPDM (polímetro de etileno – propileno), son las que separan las
placas por estanqueidad de caucho, facilitando en este caso el mantenimiento
de las mismas.
d) Las guías de las placas, esta fabricada de acero inoxidable, y estas guías son
las que general el alineamiento de las placas

50. COMPONENTES DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR.
Un intercambiador de placas típico

51. COMPONENTES DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR.
1 Placa fija con conexiones 5 Paquete de placas 9 Eje superior
2 Placa inicial (con junta final) 6 Placa cambio flujo izquierdo 10 Soporte
3 Placa de flujo izquierdo 7 Placa cambio flujo derecho 11 Eje inferior
4 Placa de flujo derecho 8 Placa móvil 12 Tornillo de apriete

52. El bastidor.- incluye un cabezal fijo y un apoyo de extremo, conectados por una
barra portante superior y por la barra inferior de guía. La barra superior sostiene el
cabezal seguidor, que puede moverse según se requiera. El conjunto de placas
de transferencia de calor queda prensado entre el cabezal fijo y el seguidor por
barras de unión.

53. Brida recubierta Brida

54. .Conexiones.- La elección de los materiales para la fabricación de las
conexiones o de sus revestimientos se hace en base a su resistencia a la
corrosión frente a los fluidos del proceso. La solución económica más ventajosa
consiste en el revestimiento de las conexiones (toberas) con el mismo material
empleado para las juntas de las placas.

55. Las Placas.- El paquete de placa consiste de placas corrugadas con un canal
perimetral para la colocación de los empaques. La cantidad de placas necesarias
como el tamaño y dimensiones, así como el corrugado de las mismas, varía en
cada caso en función de su aplicación.

56. Placas de flujo

57. Placas Semi ciegas , dos puertos cerrados
Puerto Cerrado = Placa sacrificio ante golpe de ariete

58. Tipo de encajado de las placas
Tipos de Placas en un equipo

59. El diseño corrugado de las placas crea conductos a través de los cuales circulan
los fluidos en capas de muy bajo espesor y con gran turbulencia, lo que origina
una alta transferencia de calor.
Diseño de corrugados

60. Este escurrimiento turbulento a través de las placas hace también que los
depósitos causados por fluidos sucios sean continuamente removidos de la
superficie de transferencia durante la operación, lo que se traduce en un mayor
coeficiente total de transferencia y en un mayor tiempo de trabajo del equipo sin
necesidad de pararlo para limpieza.
Flujo turbulento por el corrugado Sedimento en la superficie
elimina el sedimento en la superficie merma la transferencia

61. Ángulos de Placas

62. Placa de Acero en 30º Placa de Acero en 60º

63. El flujo turbulento producido por las
corrugaciones rompe la película límite
adherida a la superficie de transferencia
dando altos coeficientes de convección y
un bajo nivel de ensuciamiento. La elevada
transferencia térmica en estos equipos no
está dada solamente por el escurrimiento
turbulento sino también por los bajos
espesores de película a través de las
cuales se transmite el calor.
Flujo turbulento

64. Dependiendo de la transferencia de calor requerida y de las pérdidas de presión
necesarias para lograrla, la geometría de las placas puede variar ampliamente.
De esta forma encontraremos:
Placas llamadas soft que se caracterizan por tener bajos coeficientes de
transferencia y pequeñas pérdidas de carga. Son más cortas y anchas Las
placas soft en general tienen un diseño en ángulo agudo (chevrons) que ofrece
menor resistencia al flujo de fluidos
Placas llamadas hard que inversamente darán los coeficientes de transmisión
más altos con mayores pérdidas por fricción. Son de una geometría más
complejas pues son más largas y estrechas y tienen corrugaciones más
profundas. También tienen una menor separación entre placas. Presentan
corrugaciones en ángulo obtuso que conducen a mayores pérdidas de carga

65. Las placas del tipo hard tienen corrugaciones transversales o diagonales a la
dirección del flujo, lo que origina mayor turbulencia y transferencia térmica. Las
placas soft inversamente tienen ondulaciones en la dirección del flujo, lo que
provocará menos turbulencia y transferencia de calor

66. Todas las placas de intercambiador de
calor se componen de distintas zonas
bien diferenciadas.El recorrido de los
medios a través del paquete de placas
depende de los requerimientos
termodinámicos exigidos al
intercambiador.

67. Cada uno de los intercambiadores de calor de placas está diseñado
específicamente para las condiciones de servicio requerido. Ello conlleva que la
disposición de las placas y los respectivos recorridos de los fluidos a través del
intercambiador varíe en cada uno de los aparatos. Mediante la combinación de
placas con toberas ciegas o abiertas se consigue modificar la disposición de las
placas; la disposición puede ser en paralelo, en serie o una combinación de ambas.

72. Las placas que no tengan todas sus cuatro toberas abiertas se denominan “placas
de cambio de flujo”. Para la identificación exacta de las placas de cambio de flujo,
se utiliza una nomenclatura específica, basada en la cantidad y situación exacta
de las toberas abiertas. Mirando las placas por el lado en el que se encuentre
ubicadas las juntas, se denomina “placa izquierda” a la que tenga situadas las
toberas de entrada y salida en el lado izquierdo (triangulo de distribución abierto
en dicho lado). En caso contrario y siempre mirando las placas por el lado de las
juntas, se habla de una “placa derecha”.

75. Placas de cambio de flujo (excepto CR/CL)
Placas iniciales

76. Placas Madres.
 Placa Cabezal de Presión.
El objetivo de la placa cabezal , (llamada también placa madre), de presión es
resistir las deformaciones producto de la acción del calor al que esta sometido el
conjunto, además suministra una excelente superficie de apoyo indeformable a la
empaquetadura que la une con el conjunto de placas intercambiadoras de calor,
llamada placa terminal.
Esta instalada en el extremos terminal del intercambiado, en éste caso esta placa
de presión es de un espesor más grueso que la placas de transferencia de calor.
constituye una superficie de apoyo, terminal para soportar el intercambiador.

77. Placa de Cabeza (Seguidor).
Además de cumplir las funciones descrita para la Placa Madre de Presión también
cumple la función de permitir la entrada y salida del líquido caliente y del líquido
utilizado como refrigerante.
Es la más gruesa instalada en el extremos por donde ingresa el líquido al
intercambiado, en éste caso está placa o seguidor conforma el otro extremo del
bastidor está perforada además por cuatro orificio una entrada y salida del líquido
a enfriar, una entrada y salida del líquido utilizado como refrigerante además sirve
para obturar ofreciendo una superficie indeformable para la empaquetadura y el
paquete de placas del cual está hecho el intercambiador.

78.  Placa de intercambio de Calor.
Es una placa que recibe el líquido refrigerante por un lado y por el otro el líquido a
refrigerar, su posición y orden durante el armado es importante para lograr este
objetivo, razón por la cual al desarmar el paquete de placas se debe tener
cuidado en mantener su orden al armarlo nuevamente. Su construcción es de un
espesor delgado con un preformado que entrega la turbulencia requerida para
evitar la formación de depósitos, una buena transferencia del calor.

79. Juntas o Empaque.- El canal perimetral presente en las placas sostiene las
juntas. El propósito de las juntas es evitar que se mezclen los fluidos, fuguen
hacia el exterior, direccionando los fluidos en sus canales alternos frió y caliente.
Cada placa de intercambio viene provista de dos juntas y de una junta de
campo. Como única excepción cabe señalar la placa cuya junta está en contacto
directo con las placas del bastidor.
El material de las juntas está directamente ligado a las exigencias del servicio,
esto es:
Presiones
Temperaturas de operación
Características fisicoquímicas de los fluidos manejados (composición química).

81. En las zonas de detección de fugas de las placas, las juntas presentan
muescas. La misión de dichas muescas o rebajas es la de facilitar la fuga hacia
el exterior de los fluidos, en caso de fallas la junta diagonal o una de las juntas
anulares en la parte interna de la placa.

82. La funcionalidad de dichas muescas de detección de fugas está garantizada
siempre y cuando las juntas no hayan sufrido una deformación por un exceso
de temperatura o se haya producido el taponamiento de las mismas por
elevada suciedad de los fluidos o se haya sobrepasado el límite máximo de
apriete del paquete de placa.

83. Las juntas pueden ir pegados a las placas o con algún dispositivo de grampa (clip).

84. Como funcionan las juntas

85. Existen dos métodos para fijar las juntas a las placas reintercambio:
Fijación de las juntas mediante adhesivo.
Para el caso de los empanques pegados se recomienda para equipos que
soportan altas presiones en su interior y/o fluidos altamente corrosivos.
En las cunas (alojamiento de las juntas) de las placas de intercambio de calor se
aplica una película uniforme de un adhesivo especial.
Este método es especialmente ventajoso para los aparatos que deben ser
abiertos muy frecuentemente por motivos de limpieza.

86. Fijación mecánica de las juntas (sin adhesivos).
La fijación mecánica la sujeción de las juntas se realiza en distintos puntos de
las placas de intercambio. El número de puntos de sujeción depende del
tamaño de las placas.
Mediante la introducción de las lengüetas de las juntas en los agujeros o
ranuras previstos para este fin en el borde de las placas, se consigue la
correcta sujeción de las juntas a las placas. Este sistema en el cual las juntas
van pegadas a las placas con un dispositivo de grampa (clip in).

88. Empaque (GASKET)
Los empaques gasket se fabrican de elastómeros, que se seleccionan de
acuerdo con el tipo de servicio y se colocan en el borde de las placas
rodeando completamente las bocas de alguno de los extremos de manera que
el flujo se pueda distribuir de lado a lado de la placa.

89. .- Revestimiento de Acero Inoxidable
Este revestimiento de acero inoxidable cumple la función de impedir que las placas
se oxiden y pierdan material con lo cual sería seriamente afectada su duración y
resistencia.
Es una película confeccionada en base a un metal resistente a la oxidación, que
baña toda la superficie externa de la placa, por eso no se aconseja limpiar las
placas con elementos abrasivos que puedan dañar el acabado del intercambiador.

90. - Pernos de Amarre del Intercambiador de Calor.
Cumplen la misión de sujetar fuertemente
unidas el conjunto de placas de tal
manera de que haya un cierre hermético.
Están construidos de acero al carbono en
las dimensiones adecuadas, tiene una
gran longitud de hilo para ajustar las
tuercas de sujeción, su ajuste se logra
midiendo la longitud que existe entre las
dos placas madre con una apriete en la
secuencia especificada por el fabricante,
es importante no intercambiar las tuercas
de sujeción para evitar daños en los hilos
por donde corren las tuercas, también es
importante medir el largo total de los
pernos sin carga para poder calcular su
fatiga cuando se ha elongado en más de
lo especificado por el fabricante. Cuando
esto ocurre deducimos que los pernos
están fatigados y nunca lograremos un
ajuste de precisión.

91. Apertura y cierre delosPernos de Amarre del Intercambiador de Calor.

92. Tarea de Aprendizaje N°5
Explicar el funcionamiento del
intercambiador de calor

93. En un intercambiador de calor de placas, el calor se transfiere del electrolito pobre
y el agua caliente al electrolito rico a través de delgadas placas de metal llamadas
placas de transferencia, que han sido prensadas dentro de un patrón especial.
Cuando se estampa un conjunto de placas, los orificios de las esquinas forman
múltiples conjuntos, que conducen al electrolito pobre y al electrolito rico a los pasos
correctos entre las placas.

94. Debido a la disposición de las empaquetaduras en las placas, el electrolito pobre
ingresa a los pasos con número par y el electrolito rico ingresa a los pasos con
número impar.
Los dos electrolitos fluyen en direcciones opuestas y se recogen en múltiples en el
mismo extremo del intercambiador de calor de placas en que ingresaron.
En el intercambiador de calor de placas, el agua caliente reemplaza al electrolito
pobre en la trayectoria del caudal a través del intercambiador de calor.

95. La figura siguiente muestra un intercambiador de calor ensamblado y la
disposición característica de las placas de transferencia y de las placas seguidoras
que muestran la trayectoria de paso de los fluidos.

96. Cuando hay una transferencia de calor de un medio caliente a otro frío, en el
trayecto, el calor encuentra varias resistencias térmicas, que como su nombre
indica, se oponen al paso del calor, dichas resistencias cuando el
intercambiador de calor está limpio son:
• Resistencia debido a la película del fluido caliente que se adhiere a las
paredes del intercambiador
• Resistencia debido al material de que está hecho el intercambiador;
• Resistencia de la película o el fluido a calentar.
• Resistencias debido a la incrustación en los equipos (( Fouling)

97. Estas resistencias térmicas hacen
que la temperatura vaya
disminuyendo en el trayecto del
fluido caliente al frío

99. Tarea de Aprendizaje N°6
Describir el proceso del manejo del
electrolito y su influencia en EW

100. Las soluciones utilizadas en la operación de SX y EW, pasan a través de
diversas operaciones de acondicionamiento, almacenamiento y
alimentación de reactivos.
El electrolito como solución principal del proceso tiene su circuito en un
área de contención llamado patio de tanques.

101. Diagrama de flujo de soluciones en SX y Tank Farm

102. Flujo de soluciones en manejo de Electrolitos

103. El circuito del manejo de electrolito está constituido por diferentes etapas,
tanto de almacenamiento, calentamiento y tratamiento de la solución.
• Primera etapa de calentamiento.
• Filtraje del electrolito.
• Recirculación de electrolito.
• Segunda etapa de calentamiento.

104. Primera etapa de calentamiento
La primer etapa de calentamiento se da en el intercambiador de calor
electrolito rico /electrolito pobre, al ingresar dos soluciones, una caliente y otra
fría. El electrolito rico, bombeado desde el tanque de alimentación a los filtros,
ingresa al intercambiador, con una temperatura de 18°C aproximadamente, y es
calentado a una temperatura de 43°C; la solución caliente (electrolito pobre) llega
al intercambiador con una temperatura de 48°C.

105. El electrolito rico de salida del intercambiador, ya calentado, se dirige hacia la
etapa de filtraje en los filtros de electrolito. La solución de electrolito pobre de
salida del intercambiador, se dirige hacia el mezclador-decantador de re-
extracción S-2 y hacia el mezclador-decantador de extracción E-1, como purga
de electrolito.

106. Las soluciones tanto de electrolito rico como de electrolito pobre, ingresan al
intercambiador a 325 m3/h aproximadamente. El área de las placas de
transferencia es de 190 m2 .
En la línea de ingreso de electrolito rico al intercambiador, está instalado un
medidor de flujo, con el cual se controlan dos alarmas; una de flujo alto y otra de
flujo bajo.
En la línea de salida del intercambiador, está instalado un medidor de temperatura,
este medidor permite el monitoreo de la temperatura del electrolito rico y la
activación de las alarmas de temperatura alta y baja en el sistema de control DCS.

107. Segunda etapa de calentamiento
La segunda etapa de calentamiento está constituida por el intercambiador de
calor electrolito a EW /agua caliente, ilustrado en la Figura. Al igual que el
intercambiador de la primera etapa, al intercambiador electrolito a EW /agua
caliente ingresan dos soluciones, una fría y una caliente. La solución fría está
constituida por una parte del flujo de electrolito a EW bombeado desde el tanque
de recirculación (lado del electrolito a EW) y la solución caliente constituida por
agua caliente proveniente de los calentadores.

108. El electrolito a EW, bombeado desde el tanque de recirculación (lado del
electrolito a EW), se divide en dos líneas; la principal, de avance directo hacia
las celdas de electroobtención (con un flujo de 1 350 m3/h) y la secundaria de
calentamiento (con 150 m3/h).
Un electrolito demasiado frío puede hacer que el sulfato de cobre se cristalice
en la solución, particularmente en grandes superficies metálicas como los
filtros de electrolito o en pequeñas líneas y conexiones a través de toda la
planta.

109. Una de las consecuencias de mal funcionamiento de los intercambiadores de calor
esta basado en depósitos quebradizos e irregulares, como se observa en la figura

110. Influencia de la Temperatura en el proceso de Electroobtención
La temperatura favorece el proceso de EW en los aspectos de calidad catódica,
menor voltaje de celda, cinética de transporte. Sin embargo, la temperatura de
operación está limitada al rango de 40 a 55 ºC, debido al costo de calefacción
del electrolito, pérdidas de agua por evaporación, mayor efecto de la neblina
ácida e incidencia de mayor corrosión en la planta. Por ello hay que designar los
sistemas de calefacción del electrolito para que mantengan una temperatura
constante.

111. Si la temperatura del electrolito cae repentinamente, se producirá un
descascaramiento de la capa de PbO2 con la consiguiente contaminación.
La temperatura alta del electrolito favorece las propiedades de difusión de iones
en el electrolito, disminuyen la viscosidad de las soluciones y aumentan la
densidad de corriente límite para el depósito de cobre.

112. Una temperatura menor de 30ºC, puede dar como resultado un grano más grueso
y por consiguiente, un cobre catódico de menor calidad.
Una temperatura de más de 50ºC puede degradar el orgánico en el proceso de
extracción por solventes

113. Efectos positivos de la temperatura
Mejora la conductividad del electrolito.
Baja la viscosidad.
Mejora la calidad del depósito.
Baja los contaminantes, especialmente el azufre.
Disminuye el potencial de la celda.
Debe ser mantenida entre los 45 - 50 oC.

114. La temperatura del electrolito es otro de los factores importantes para
bajar el nivel de azufre (S) en los cátodos.
Experimentalmente se comprobó que subiendo la temperatura del
electrolito unos 2 a 4°C es factible disminuir el contenido de azufre final
en los cátodos, tal como se puede apreciar en la siguiente gráfica

115. Tratamiento térmico de electrolito
El electrolito rico ingresa a la nave de electroobtención a una
temperatura de 20 ºC, la temperatura de operación en las celdas
electrolíticas es de 48 ºC a 55 ºC, por lo tanto es necesario subir la
temperatura de la corriente para estabilizar la temperatura de operación

116. Intercambiador de calor electrolito rico/electrolito pobre
Al pasar el electrolito rico a través del intercambiador de calor se transfiere calor
desde el electrolito pobre, que sale de la Nave a una mayor temperatura, al
electrolito rico que pasa en contracorriente.
Entradas al intercambiador
Fluido frío : electrolito rico (a 20 ºC)
Fluido caliente : electrolito pobre (a 46 ºC)
Salidas del intercambiador
Fluido frío : electrolito rico (a 33 ºC)
Fluido caliente : electrolito pobre (a 33 ºC)

117. Intercambiador de calor electrolito rico/Agua caliente
El electrolito rico se circula al intercambiador en contracorriente en el
intercambiador de calor de agua caliente. La solución así calentada se
envía estanque de recirculación de electrolito, el agua que sale del
intercambiador se retorna al estanque de expansión
Entradas al intercambiador
Fluido frío : electrolito rico (a 33 ºC)
Fluido caliente : agua caliente (a 95 ºC)
Salidas del intercambiador
Fluido frío : electrolito rico (a 42 ºC)
Fluido caliente : electrolito agotado (a
70ºC)

118. Control en intercambiadores de calor
El control en el intercambiador es realizado a través de la medición de la diferencial
de presión a través de los controladores.
Una corriente de electrolito (pobre) se retira del estanque y va a la primera etapa de
calentamiento en los intercambiadores de calor, posteriormente abandona la nave
hacia planta SX.
Todos los sistemas de tuberías, incluyendo los intercambiadores de calor de placas
entre ellos, ofrecen una resistencia al flujo de un líquido que este pasando a través
de ellos.

119. Partículas grandes y fibras pueden también ser arrastradas dentro del
intercambiador de calor y obstruirlo sino se instalan filtros o coladores para retirar
estos elementos extraños que puedan reducir la capacidad para intercambiar calor
y mantener controlada la temperatura dentro de los rangos requeridos por la
operación.
• Algas • Bacterias
• Fibras o astillas de madera • Nematodos
• Protozoos

120. El atascamiento u obstrucción podrá ser detectado en el medio como un
incremento de la pérdida de presión, medido como una presión que comienza a
aumentar a la entrada del intercambiador y a bajar en la salida de éste.
Para cualquier ajuste en el rango de flujo se requiere mantener una temperatura
correcta, toda bajada de presión debe ser hecha suavemente, a objeto de evitar
choques sobre el sistema.

121. Los problemas para mantener el rendimiento del intercambiador de calor, pueden
ser acusado por algún cambio en las condiciones de temperatura, el calor, la
carga, por fallas en el sistema, aguas duras que por el trabajo mismo del equipo
se van incrustando en las placas del intercambiado.
Tan pronto como el aparato esté trabajando a satisfacción, debe mantenerse sin
interferencia

122. Tarea de Aprendizaje N°7
Identificar los problemas comunes en los
intercambiadores de calor

123. Los problemas comunes en los equipos Intercambiadores de placas pueden
agruparse en:
Problemas con los Frame
Problemas con las placas de flujo
Problemas en Frame
Los problemas frecuentes que dice
relación con la operación de los
equipos Intercambiadores de calor
esta basado en derrames de
soluciones en los puertos de
entrada de las soluciones, esto se
puede observar en la siguiente
figura
Saturación de las placas de flujo
por bajo mantenimiento ( no
efectuar retro lavados)
Mal ajuste de los sellos en los
flanges

124. Problemas de saturación de placas de flujo
La saturación en los equipos de
intercambio de calor de placas
ocurre cuando se produce una
incrustación entre cada placa de
flujo (distancia interior de entre
placa “gap”) debido a sólidos,
fouling y cualquier elemento que
permanezca y no ocurra la auto
limpieza, esto lo podemos
observar en la siguiente figura.

125. Daños en placas de flujo por pitting
El pitting es una corrosión localizada
debido principalmente al efecto de
cloruros en las soluciones de
procesos, esto genera una
contaminación de solución entre
fluidos que puede incluso llevar a
daños en equipos calentadores o
calderas

126. Daños en placas de flujo por contaminación con orgánico
Las placas de flujo de los
Intercambiadores de calor que
operan con electrolitos están
expuestas a sufrir
contaminaciones de orgánicos,
las cuales vienen por arrastres de
la etapa anterior (filtración y/o
lavados), este elemento orgánico
produce una despasivacion de la
superficie externa de la placa,
esto produce que dicha superficie
quede mas expuesta a sufrir
corrosión.

127. Contaminaciones en placas de flujo por fouling de sistemas de agua
Dentro de las principales
contaminaciones que afectan los
coeficientes de transferencia de
calor y bajan los rendimientos de
estos equipos son las
incrustaciones o fouling proveniente
de los sistemas de agua de
calentamiento o enfriamiento, las
cuales usualmente traen dentro de
su composición durezas de agua,
arrastres de cristales de corrosión
provenientes de las tuberías y en
algunos casos en los sistemas de
enfriamiento micro algas.