El
revestimiento depósitos es un método excelente en términos de calidad de la
eficiencia, el control y el producto. Se puede utilizar en todos los líquidos así
como con vapor y otros circulando a alta temperatura. La temperatura y la velocidad de los medios de
transferencia de calor puede ser controlada con precisión.
1.
Camisas espiral en forma de deflector / Camisas
convencionales
2.
Camisas con perforaciones.
3.
Serpentines de tubería parcial / Camisas con
perforaciones
4.
Tipo de panel / Camisas con serpentines de tipo
placa.
Los medios
más comúnmente usados para transferir calor incluyen agua, vapor (varias
presiones), aceite caliente (tal como Therminol) y vapor Dowtherm.
Acoplando tipos de camisas para transferir calor
Agua: Dependiendo de la temperatura del
proceso, las grietas de corrosión por tensiones puede ser a veces una
preocupación debido a los cloruros usualmente encontrados en el agua. Las camisas
con perforaciones requieren el uso de aleaciones de alto contenido de níquel,
que son muy caras. Los serpentines de media tubería pueden usar acero al
carbono con un espesor de ¼ para el revestimiento, pero su economía en
comparación con las camisas convencionales debe tenerse en consideración. Con
servicios que incluyen grandes volúmenes de agua (se usan para mantener una
diferencia de temperatura alta) la chaqueta convencional por lo general ofrece
la mejor solución.
Vapor de agua: Tanto las camisas con
medio serpentín como las perforadas son bien convenientes con el vapor a alta
presión. Las camisas perforadas están generalmente limitadas a presiones de
diseño de 300 psig mientras que las camisas con medio serpentín pueden usarse
con presiones de diseño de hasta 750 psig. Para las camisas con serpentines de
media tubería, la tasa de flujo de calor más alta puede requerir múltiples
secciones de camisas para evitar tener condensado cubriendo demasiada área de
transferencia de calor. Para las camisas convencionales de servicios de vapor a
baja presión hay muchas elecciones más económicas.
Aceites calientes y fluidos de transferencia de
calor: Aunque las presiones son usualmente bajas cuando se usan
fluidos de transferencia de calor o aceite, las temperaturas son usualmente
altas. El resultados son unos valores de tensión bajos para el material del
interior del recipiente. Por lo tanto las camisas con de media tubería y las
perforadas pueden proporcionar buenas soluciones. Las camisas convencionales
requieren una mayor expansión a lo largo de las uniones de expansión para
eliminar las tensiones inducidas por la diferencia en la expansión térmica
cuando la camisa no está fabricada por el mismo material.
Vapores Dowtherm: La capacidad para
variar la distancia entre las paredes del recipiente exterior e interior hace
las chaquetas convencionales ideales para manejar Dowtherm. Asimismo ya que el
vapor Dowtherm tiene baja entalpía (1/10 de la del vapor) se necesita un gran
espacio de camisa para un flujo de calor dado. Si usamos como referencia de
diseño el código ASME, el máximo espacio permitido está limitado por la sección
UA-104, párrafo c y s.
Camisas convencionales
Las camisas
convencionales pueden dividirse en dos categorías: Con o sin deflector. Las
camisas con deflector a menudo utilizan lo que se spirally wound bafle. El
bafle consiste en una franja metálica alrededor de la pared del recipiente
desde la entrada de la instalación de la camisa a la salida de la instalación.
El deflector dirige el caudal en una trayectoria en espiral con una velocidad
del fluido de 1-4 ft/s. Los métodos de fabricación no permiten pérdidas
internas pequeñas o bypass alrededor del deflector. Generalmente, el caudal en
bypass puede exceder 1/3 a ½ del caudal de circulación total.
Las camisas
con deflectores convencionales usualmente se aplican con pequeños recipientes
usando altas temperaturas donde la presión interna es más de dos veces la
presión de la camisa.
Las camisas
con deflectores en espiral están limitadas a una presión de 100 psig debido a
que el espesor de la pared del recipiente es más grande y la transferencia de
calor en gran medida se reduce. En el caso de un reactor de aleación, puede dar
como resultado un recipiente muy costoso. Para las aplicaciones de alta
temperatura, el diferencial de expansión térmica debe considerarse cuando se
eligen materiales para el recipiente y camisa.
Coeficientes de transferencia de calor
(hj
De / k) = 1.02 (NRe) 0.45 (NPr) 0.33 (De/
L) 0.4 (Djo/ Dji) 0.8 (NGr) 0.05
Donde:
- hj = Coeficiente de transferencia de calor local del lado de la chaqueta.
- De = Diámetro hidráulico equivalente.
- DRE = Número de Reynolds.
- NPr = Número de Prandtl.
- L = Longitud del paso de la camisa.
- Djo = Diámetro exterior de la camisa.
- Dji = Diámetro interior de la camisa.
- NGr = Número de Graetz
El número de
Reynolds se define como:
Donde D es
el diámetro equivalente, V es la velocidad del fluido,
es la densidad del fluido, µ es la viscosidad del fluido.
El número de Prandtl se define como:
El número de Prandtl se define como:
NPr = Cpµ
/ k
Donde Cp
es el calor específico, µ es la viscosidad, y k es la conductividad del fluido.
El Número de
Graetz se define como:
NGr
= (m Cp) / (k L)
Donde m es
el caudal másico, Cp es el calor específico, y k la conductividad
térmica, y L es la longitud de paso de la camisa.
El diámetro
equivalente se define como:
De
= Djo-Dji para el flujo laminar
De
= ((Djo)2 - (Dji)2)/Dji
Para el
flujo turbulento.
Camisas convencionales con deflectores
Para camisas
convencionales con deflectores, lo siguiente puede usarse para calcular el
coeficiente de transferencia de calor.
hj
De/k= 0.027(NRe)0.8 (NPr)0.33 (µ/µw)0.14
(1+3.5 (De/Dc) ) (Para NRe > 10000)
hj
De/k = 1.86 [ (NRe) (NPr) (Dc/De)
] 0.33 (µ/µw)0.14 ( For NRe < 2100 )
Dos nuevas
variables se introducen. Dc se define como el diámetro de la línea
central del paso de la camisa. Se calcula como
Dji
+ ((Djo-Dji)/2)
La
viscosidad en la pared de la camisa se define ahora como µw. Cuando calculando
los coeficientes de transferencia de calor, se tomará un caudal másico efectivo
de 0.60 x caudal másico para considerar el bypass sustancial que se espera. De
se define como el espaciamiento de camisas 4x. El área transversal del caudal
se define como el espacio del espacio del deflector x espaciamiento de la
camisa.
Coeficientes de transferencia de calor: Camisas de
serpentines de media tubería
Las camisas
de serpentines de media tubería se
fabrican con ángulos de 180º o 120º (Dci):
Para un
ángulo central de 180 º: Diámetro de transferencia de calor, De = 0,708Dci
El área de
la sección transversal, Ax = 0,154 (Dci2)
Usando la
misma nomenclatura previa, los coeficientes de transferencia de calor se
calculan como sigue:
hj
De/ k= 0.027(NRe)0.8 (NPr)0.33 (µ/µW)0.14
(1+3.5 (Dc/De) ) (For NRe>10,000)
hj De/ k =
1.86 [ (NRe) (NPr) (Dc/De) ] 0.33 (µ/µW)0.14 (For NRe<2,100)
No debe
confundirse Dci con Dc, Dc se define como Dji + ((Djo-Dji)/2).
Radio hidráulico de las camisas de serpentín de
media tubería
Con relación
a la figura anterior:
Camisas perforadas y serpentines de placas
El diseño de
camisas perforadas permite la construcción de metales de medidas ligeras sin
sacrificar la resistencia requerida para resistir la presión especificada. Esto
da como resultado un considerable ahorro de costes comparado con las camisas
tradicionales. El cálculo de diseño comienza con una velocidad de caudal
asumida entre 2 y 5 ft/s. Como norma general la presión de la camisa estará
gobernando cuando la presión interna del recipiente sea menor de 1,67 veces la
presión de la camisa.
En tales
condiciones, las camisas perforadas son típicamente más económicas que otras
elecciones. Sin embargo en recipientes pequeños (menos de 10 galones) no es
práctico aplicar camisas perforadas.
Coeficientes
de transferencia de calor: Camisas perforadas
hj
Do/k= j (NRe) (NPr)0.33 (Para 1000 < NRe
< 50 000)
Donde
j = 0.0845
(w/x)0.368 (Amin/Amax)-0.383 NRe-0.30
- w = distancia de centro a centro entre perforacion
- x = distancia de centro a centro entre perforaciones paralelas al caudal
- (w/x) es igual a uno por el espaciamiento al cuadrado como a menudo es el caso.
Do = (d1 + d2)/2
Amin = z (w-Do) Amax = zw
Todas las
otras variables son como se han definido anteriormente.
Caída de presión: Camisas perforadas
La pérdida
de presión en una camisa puede estimarse con la siguiente ecuación para fluidos
similares al agua:
Bibliografía
Jacketed
Vessel Design. Cheresources
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