Intercambiador de casco y placas
Las fortalezas de dos pioneros aplicadas a un nuevo diseño:
Intercambiador de casco y placas
Los intercambiadores de calor transfieren energía térmica a partir de un líquido (o de gas) a otro líquido (o a gas) sin mezclar los dos. Los radiadores automotores son un ejemplo común. El calor del agua caliente del motor se bombea a través del radiador, mientras que el aire está soplando a través de las aletas del radiador. La energía térmica del agua caliente del motor se transfiere al aire, así guardando el agua en la temperatura correcta, para evitar que el motor se recaliente. Esencialmente los radiadores automotores son intercambiadores de calor del tipo líquido-aire. Otros tipos de intercambiadores de calor son comunes en instalaciones industriales y se usan a diario tal como calderas, hornos, refrigeradores y sistemas de aire acondicionado. De hecho, cada sistema de refrigeración tiene por lo menos dos intercambiadores de calor uno para el lado que se enfría, y uno para expeler el calor extraído. Hay dos tipos principales de intercambiadores de calor, definidos por su tipo de construcción o de cuerpo: el primero es el intercambiador de calor de casco y tubo, el segundo es conocido como intercambiador de calor de placas.
La historia de los intercambiadores de calor, tanto de casco y tubos como de placas, es bien conocida. A lo largo de los años, diferentes tipos de intercambiadores de calor se han diseñado para cumplir las especificaciones de diferentes procesos y aplicaciones. Cada uno de estos diseños presenta inigualables ventajas y hasta el día de hoy han mantenido un liderazgo en la industria de la refrigeración, pero hoy surge un nuevo participante que toma lo mejor de cada uno de estos diseños y los pone a trabajar a favor del usuario.
Es necesario conocer las características de estos dos diseños para comprender de mejor manera la nueva propuesta en el diseño de intercambiadores de calor.
Los intercambiadores de calor de casco y tubo (o tubular) tienen usos en donde se demandan de manera significativa una alta temperatura y presión. El uso de estos equipos también abarca aplicaciones donde el líquido contiene partículas que bloquearían los canales de un cambiador de calor de placas, un ejemplo de estos equipos se muestra en la figura 1.
Hay varias configuraciones de intercambiadores de calor de casco y tubo incluyendo diseños como: doble tubo, de tubos en "u", recto, espiral, y aletado. El de doble tubo es el tipo más sencillo de intercambiador de calor. Está constituido por dos tubos concéntricos de diámetros diferentes. Uno de los fluidos fluye por el tubo de menor diámetro y el otro fluido fluye por el espacio anular entre los dos tubos. En este tipo de intercambiador son posibles dos configuraciones en cuanto a la dirección del flujo de los fluidos: contra flujo y flujo paralelo. En la configuración en flujo paralelo los dos fluidos entran por el mismo extremo y fluyen en el mismo sentido. En la configuración en contra flujo los fluidos entran por los extremos opuestos y fluyen en sentidos opuestos.
El diseño del tubo en forma de "u" consiste en los tubos rectos doblados en forma de U, el haz de tubos es empotrado con tubos de soporte o reguladores de flujo dependiendo del fluido exterior de los tubos. El montaje de tubos es colocado en la carcasa que contiene el fluido fuera del haz de tubos. En la carcasa se atornilla un cabezal para dirigir el fluido dentro del haz de tubos.
Para manejar líquidos con alto grado de incrustación o aplicaciones donde hay un cruce de temperaturas están disponibles diseños del tubo recto (un cruce de temperaturas ocurre cuando el fluido que es calentado cae en el rango de temperatura de entrada y salida del medio calefactor). Debido a la configuración recta de los tubos, las tapas principales pueden ser removidas y los tubos pueden ser limpiados mecánicamente.
El cuerpo del intercambiador de calor en espiral se hace a partir de dos tiras de metal que se envuelven alrededor de un centro para formar 2 canales en espiral.
Los intercambiadores de calor de placas, como el que se muestra en la figura 2, consisten en placas estándares, que sirven como superficies de transferencia de calor y un armazón para su apoyo.
Hay varios tipos de intercambiadores de calor de placa que incluyen: con empaques o se sellos, soldados y semisoldados.
Los intercambiadores de calor de placa son de uso frecuente en fluidos de baja viscosidad con demandas moderadas de temperaturas y presión, típicamente por debajo de los 150°C. El material de los sellos se elige preferentemente para soportar la temperatura de operación y conforme a las características del líquido de proceso.
Los intercambiadores de calor de placas y marco consisten en una serie de placas acanaladas que se montan en un marco y se afianzan con abrazaderas. Cada placa se hace de una material prensable (acero inoxidable, níquel, titanio, etc.) y se forma con una serie de corrugaciones. El paquete también incluye una junta o sello. La junta o sello contiene la presión y controla el flujo.
Las placas son ensambladas en paquetes montados sobre unos rieles guías que se encuentran tanto en la parte inferior como superior y se mantienen unidas a presión por medio de tornillos de compresión.
El arreglo de la junta de cada placa distribuye el medio caliente y frío en canales de flujo alternados a través del paquete de placas.
No todos los procesos son iguales por lo que no todas estas necesidades se pueden cubrir con el mismo diseño, y el desarrollo tecnológico nos da la oportunidad de resolver las necesidades industriales con un nuevo diseño, el “intercambiador de casco y placas”.
Lo que podría ser una complicada selección es ahora un camino sencillo a seguir con los nuevos intercambiadores de calor de casco y placas.
El intercambiador de calor de casco y placas ofrece un funcionamiento térmico equiparable a un intercambiador de calor de placa con la capacidad de soportar la presión y la temperatura de un intercambiador de casco y tubo. Los usos incluyen transferencia térmica simple de líquido a líquido, condensadores, evaporadores, las cascadas, y los enfriadores de aceite.
En el interior de estos intercambiadores (figura 3) se encuentra un paquete de placas circulares totalmente soldadas; este paquete se encuentra montado y protegido por un casco el cual es un recipiente a presión.
Los intercambiadores de calor de casco y placas son extremadamente eficientes debido a la alta turbulencia creada por la geometría compleja de cada paso de la placa. La elevada turbulencia conduce a un coeficiente mucho más alto de transferencia de calor comparado con los intercambiadores de calor convencionales, es decir que requieren de menor superficie de transferencia de calor para realizar un trabajo dado. Esto demuestra que no sólo son compactos sino que también son rentables pues se requiere menos material para su fabricación.
Además de las ventajas en su tamaño compacto y su versatilidad, el intercambiador de casco y placas es muy durable. Esto es debido a que los casetes de placas circulares, al ser soldados en su totalidad y por su propia estructura, proveen suficiente rigidez para eliminar la vibración por inducción y permitirle un diseño para muy altas presiones. Una gran ventaja en la estructuración de este tipo de equipos es que los fabricantes han demostrado que el equipo puede sufrir congelación sin detrimento de sus características mecánicas, debido a que los casetes están contenidos en un recipiente a presión que hace la función de marco.
En este tipo de intercambiadores el riesgo de tener contaminación cruzada es nulo, ya que las placas circulares están totalmente soldadas formando los casetes y no cuentan con ningún tipo de empaque, como se puede ver en la figura 4, lo que por consiguiente nos lleva a bajos costos de mantenimiento por cambios de empaques.
Finalmente la elección de un intercambiador de calor depende de varios factores entre los que se encuentran el económico, de aplicación, de operación y por supuesto del criterio del ingeniero de proyectos. A continuación se presenta una tabla de las características de cada uno de los intercambiadores.
Intercambiador de casco y placas
Los intercambiadores de calor transfieren energía térmica a partir de un líquido (o de gas) a otro líquido (o a gas) sin mezclar los dos. Los radiadores automotores son un ejemplo común. El calor del agua caliente del motor se bombea a través del radiador, mientras que el aire está soplando a través de las aletas del radiador. La energía térmica del agua caliente del motor se transfiere al aire, así guardando el agua en la temperatura correcta, para evitar que el motor se recaliente. Esencialmente los radiadores automotores son intercambiadores de calor del tipo líquido-aire. Otros tipos de intercambiadores de calor son comunes en instalaciones industriales y se usan a diario tal como calderas, hornos, refrigeradores y sistemas de aire acondicionado. De hecho, cada sistema de refrigeración tiene por lo menos dos intercambiadores de calor uno para el lado que se enfría, y uno para expeler el calor extraído. Hay dos tipos principales de intercambiadores de calor, definidos por su tipo de construcción o de cuerpo: el primero es el intercambiador de calor de casco y tubo, el segundo es conocido como intercambiador de calor de placas.
La historia de los intercambiadores de calor, tanto de casco y tubos como de placas, es bien conocida. A lo largo de los años, diferentes tipos de intercambiadores de calor se han diseñado para cumplir las especificaciones de diferentes procesos y aplicaciones. Cada uno de estos diseños presenta inigualables ventajas y hasta el día de hoy han mantenido un liderazgo en la industria de la refrigeración, pero hoy surge un nuevo participante que toma lo mejor de cada uno de estos diseños y los pone a trabajar a favor del usuario.
Es necesario conocer las características de estos dos diseños para comprender de mejor manera la nueva propuesta en el diseño de intercambiadores de calor.
Los intercambiadores de calor de casco y tubo (o tubular) tienen usos en donde se demandan de manera significativa una alta temperatura y presión. El uso de estos equipos también abarca aplicaciones donde el líquido contiene partículas que bloquearían los canales de un cambiador de calor de placas, un ejemplo de estos equipos se muestra en la figura 1.
Hay varias configuraciones de intercambiadores de calor de casco y tubo incluyendo diseños como: doble tubo, de tubos en "u", recto, espiral, y aletado. El de doble tubo es el tipo más sencillo de intercambiador de calor. Está constituido por dos tubos concéntricos de diámetros diferentes. Uno de los fluidos fluye por el tubo de menor diámetro y el otro fluido fluye por el espacio anular entre los dos tubos. En este tipo de intercambiador son posibles dos configuraciones en cuanto a la dirección del flujo de los fluidos: contra flujo y flujo paralelo. En la configuración en flujo paralelo los dos fluidos entran por el mismo extremo y fluyen en el mismo sentido. En la configuración en contra flujo los fluidos entran por los extremos opuestos y fluyen en sentidos opuestos.
El diseño del tubo en forma de "u" consiste en los tubos rectos doblados en forma de U, el haz de tubos es empotrado con tubos de soporte o reguladores de flujo dependiendo del fluido exterior de los tubos. El montaje de tubos es colocado en la carcasa que contiene el fluido fuera del haz de tubos. En la carcasa se atornilla un cabezal para dirigir el fluido dentro del haz de tubos.
Para manejar líquidos con alto grado de incrustación o aplicaciones donde hay un cruce de temperaturas están disponibles diseños del tubo recto (un cruce de temperaturas ocurre cuando el fluido que es calentado cae en el rango de temperatura de entrada y salida del medio calefactor). Debido a la configuración recta de los tubos, las tapas principales pueden ser removidas y los tubos pueden ser limpiados mecánicamente.
El cuerpo del intercambiador de calor en espiral se hace a partir de dos tiras de metal que se envuelven alrededor de un centro para formar 2 canales en espiral.
Los intercambiadores de calor de placas, como el que se muestra en la figura 2, consisten en placas estándares, que sirven como superficies de transferencia de calor y un armazón para su apoyo.
Hay varios tipos de intercambiadores de calor de placa que incluyen: con empaques o se sellos, soldados y semisoldados.
Los intercambiadores de calor de placa son de uso frecuente en fluidos de baja viscosidad con demandas moderadas de temperaturas y presión, típicamente por debajo de los 150°C. El material de los sellos se elige preferentemente para soportar la temperatura de operación y conforme a las características del líquido de proceso.
Los intercambiadores de calor de placas y marco consisten en una serie de placas acanaladas que se montan en un marco y se afianzan con abrazaderas. Cada placa se hace de una material prensable (acero inoxidable, níquel, titanio, etc.) y se forma con una serie de corrugaciones. El paquete también incluye una junta o sello. La junta o sello contiene la presión y controla el flujo.
Las placas son ensambladas en paquetes montados sobre unos rieles guías que se encuentran tanto en la parte inferior como superior y se mantienen unidas a presión por medio de tornillos de compresión.
El arreglo de la junta de cada placa distribuye el medio caliente y frío en canales de flujo alternados a través del paquete de placas.
No todos los procesos son iguales por lo que no todas estas necesidades se pueden cubrir con el mismo diseño, y el desarrollo tecnológico nos da la oportunidad de resolver las necesidades industriales con un nuevo diseño, el “intercambiador de casco y placas”.
Lo que podría ser una complicada selección es ahora un camino sencillo a seguir con los nuevos intercambiadores de calor de casco y placas.
El intercambiador de calor de casco y placas ofrece un funcionamiento térmico equiparable a un intercambiador de calor de placa con la capacidad de soportar la presión y la temperatura de un intercambiador de casco y tubo. Los usos incluyen transferencia térmica simple de líquido a líquido, condensadores, evaporadores, las cascadas, y los enfriadores de aceite.
En el interior de estos intercambiadores (figura 3) se encuentra un paquete de placas circulares totalmente soldadas; este paquete se encuentra montado y protegido por un casco el cual es un recipiente a presión.
Los intercambiadores de calor de casco y placas son extremadamente eficientes debido a la alta turbulencia creada por la geometría compleja de cada paso de la placa. La elevada turbulencia conduce a un coeficiente mucho más alto de transferencia de calor comparado con los intercambiadores de calor convencionales, es decir que requieren de menor superficie de transferencia de calor para realizar un trabajo dado. Esto demuestra que no sólo son compactos sino que también son rentables pues se requiere menos material para su fabricación.
Además de las ventajas en su tamaño compacto y su versatilidad, el intercambiador de casco y placas es muy durable. Esto es debido a que los casetes de placas circulares, al ser soldados en su totalidad y por su propia estructura, proveen suficiente rigidez para eliminar la vibración por inducción y permitirle un diseño para muy altas presiones. Una gran ventaja en la estructuración de este tipo de equipos es que los fabricantes han demostrado que el equipo puede sufrir congelación sin detrimento de sus características mecánicas, debido a que los casetes están contenidos en un recipiente a presión que hace la función de marco.
En este tipo de intercambiadores el riesgo de tener contaminación cruzada es nulo, ya que las placas circulares están totalmente soldadas formando los casetes y no cuentan con ningún tipo de empaque, como se puede ver en la figura 4, lo que por consiguiente nos lleva a bajos costos de mantenimiento por cambios de empaques.
Finalmente la elección de un intercambiador de calor depende de varios factores entre los que se encuentran el económico, de aplicación, de operación y por supuesto del criterio del ingeniero de proyectos. A continuación se presenta una tabla de las características de cada uno de los intercambiadores.
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