Què són els intercanviadors de calor?

El terme "intercanviador de calor" s'utilitza per descriure un dispositiu que facilita la transferència de calor d'un fluid a un altre sense barrejar els dos. Comprèn dos canals o camins diferents, un per al fluid calent i un altre per al fluid fred, que romanen separats mentre intercanvien calor. La funció principal d'un intercanviador de calor és millorar l'eficiència energètica utilitzant la calor residual, conservant recursos i reduint els costos operatius.

Tipus comuns d'intercanviadors de calor
Bescanviadors de calor de carcassa i tub:Aquests són els tipus més comuns d'intercanviadors de calor utilitzats en sistemes comercials de climatització. Consten d'una sèrie de tubs tancats en una closca. El fluid calent flueix pels tubs mentre que el líquid fred circula pels tubs dins de la carcassa, permetent un intercanvi de calor eficient.

Bescanviadors de calor de plaques:Els intercanviadors de calor de plaques utilitzen una pila de plaques metàl·liques amb zones altes i deprimides alternes. Els fluids calents i freds flueixen a través de canals separats creats pels buits entre les plaques, maximitzant la transferència de calor a causa de la gran superfície.

Bescanviadors de calor aire-aire:També coneguts com a unitats de recuperació de calor, aquests intercanviadors de calor transfereixen la calor entre els corrents d'aire d'extracció i de subministrament. Retiren la calor de l'aire viciat i la transfereixen a l'aire fresc, reduint el consum d'energia mitjançant el precondicionament de l'aire d'entrada.

Quin és l'ús industrial de l'intercanviador de calor de carcassa i tub?
L'ús industrial dels intercanviadors de calor de carcassa i tub, utilitzats en els camps químics, alimentaris, de petroli i gas i altres, és molt estès. S'utilitzen habitualment en diverses indústries per transferir calor entre dos fluids sense contacte directe. Algunes de les aplicacions industrials clau dels intercanviadors de calor de carcassa i tub inclouen:

Processos de calefacció i refrigeració en plantes químiques
Serveis de condensació i evaporació a les refineries
Sistemes de recuperació de calor en instal·lacions de generació d'energia
Sistemes de climatització en edificis comercials i residencials
Sistemes de refrigeració en plantes de processament d'aliments
Gestió tèrmica en instal·lacions de producció de petroli i gas
En general, els intercanviadors de calor de carcassa i tub tenen un paper crucial en l'optimització de l'eficiència tèrmica i el manteniment del control de la temperatura en una àmplia gamma de processos industrials.

Quants tipus d'intercanviador de calor de carcassa i tub?
Essencialment, hi ha tres tipus principals d'intercanviadors de calor de carcassa i tub que s'utilitzen habitualment:

1. Bescanviador de làmines de tub fix (capçalera posterior de tipus L, M i N)
En aquest disseny, la làmina de tubs està soldada a la carcassa, donant com a resultat una construcció senzilla i econòmica. Tot i que els forats dels tubs es poden netejar mecànicament o químicament, les superfícies exteriors dels tubs són generalment inaccessibles excepte per a la neteja química. Les manxes d'expansió poden ser necessàries per adaptar-se a grans diferències de temperatura entre els materials de la carcassa i el tub, però poden ser una font de debilitat i fallada.

2. Bescanviadors de tubs en U
En un intercanviador de tubs en U, els tipus de capçalera frontal poden variar i la capçalera posterior sol ser de tipus M. Els tubs en U permeten una expansió tèrmica il·limitada i el paquet de tubs es pot treure per netejar-lo. No obstant això, la neteja interna dels tubs per mitjans mecànics és difícil, el que fa que aquest tipus només sigui adequat per a aplicacions on els fluids laterals del tub estan nets.

3. Bescanviador de capçal flotant (capçaleres posteriors tipus P, S, T i W)
En aquest tipus d'intercanviador, la làmina de tubs a l'extrem del capçal posterior no està soldada a la carcassa sinó que es deixa moure o flotar. La làmina de tubs a l'extrem de la capçalera frontal té un diàmetre més gran que la carcassa i està segellada de manera similar al disseny de la placa de tubs fixa.

Es pot acomodar l'expansió tèrmica i es pot treure el feix de tubs per netejar-lo. El capçal posterior de tipus S és l'opció més popular per al capçal posterior. Els intercanviadors de capçal flotant són adequats per a altes temperatures i pressions, però generalment són més cars en comparació amb els intercanviadors de làmines fixes.

Com a proveïdor professional de canonades, Hnssd.com pot oferir intercanviadors de calor personalitzats. Si necessiteu més informació sobre els nostres productes, us demanem que us poseu en contacte amb nosaltres:sales@hnssd.com

Els components d'un intercanviador de calor de carcassa i tub es poden dividir en les parts següents:

1. Shell
La carcassa és la part més externa de l'intercanviador de calor que subjecta el feix de tubs. Normalment és un recipient cilíndric construït amb acer o altres substàncies adequades

2. Tubs o paquet de tubs
Una col·lecció de tubs paral·lels que recorren la longitud de la closca constitueix el feix de tubs. Segons l'ús específic, els tubs poden estar composts de diferents materials, com ara acer inoxidable, coure o titani. El diàmetre i el gruix dels tubs també són paràmetres de disseny importants.

3. Làmines de tub
Les làmines de tubs són làmines resistents que actuen com a barrera entre el feix de tubs i la closca. Normalment es construeixen amb acer i es fusionen a la carcassa per garantir un tancament ferm i sense fuites. Els tubs s'insereixen a través dels forats de les làmines de tubs i s'expandeixen o es solden en posició.

4. Deflectors
Els deflectors són plaques o barres que es col·loquen dins de la carcassa per regular el moviment del fluid al voltant del feix de tubs. Aquests poden ser d'orientació longitudinal o transversal i estan destinats a millorar l'eficàcia de la transferència de calor.

5. Broquets d'entrada i sortida
Els broquets d'entrada i sortida serveixen com a punts d'entrada i sortida dels fluids a l'intercanviador de calor. Aquestes connexions solen col·locar-se als extrems oposats de la carcassa i s'uneixen als tubs i a la carcassa mitjançant brides o altres tipus d'accessoris.

6. Juntes de dilatació
Les juntes d'expansió són connectors flexibles que acomoden l'expansió i la contracció tèrmica del feix de tubs. Habitualment situades a l'entrada i sortida de l'intercanviador de calor, aquestes juntes es construeixen amb manxes metàl·liques o altres materials flexibles.

7. Estructures de suport
Les estructures de suport mantenen els intercanviadors de calor en posició, garantint una base estable. Les estructures de suport poden ser temporals o permanents i poden ser d'acer o altres materials.

Terminologia geomètrica de closca i tub

Disposició i pas del diàmetre del tub
Els tubs poden variar de diàmetre des de 12,7 mm (0,5 polzades) fins a 50,8 mm (2 polzades), però 19,05 mm (0,75 polzades) i 25,4 mm (1 polzada) són les mides més habituals. Els tubs es disposen en patrons triangulars o quadrats a les làmines de tubs.

Els dissenys quadrats són necessaris quan calgui arribar a la superfície del tub per a la neteja mecànica. La disposició triangular permet més tubs en un espai determinat. El pas del tub és la distància més curta de centre a centre entre tubs. L'espaiat dels tubs ve donat per la relació pas del tub/diàmetre del tub, que normalment és 1,25 o 1,33. Com que s'utilitza un disseny quadrat per a la neteja, es permet un espai mínim de 6,35 mm (0,25 polzades) entre els tubs.

Tipus de deflectors
Els deflectors s'instal·len al costat de la carcassa per donar una velocitat de transferència de calor més alta a causa de l'augment de la turbulència i per suportar els tubs, reduint així la possibilitat de danys a causa de la vibració. Hi ha diversos tipus de deflectors diferents, que donen suport als tubs i afavoreixen el flux a través dels tubs.

Segmental únic (és el més comú),

Doble Segmental (s'utilitza per obtenir una velocitat i una caiguda de pressió inferiors al costat de la carcassa),

Disc i Donut.

La distància de centre a centre entre els deflectors s'anomena pas del deflector i això es pot ajustar per variar la velocitat del flux creuat. A la pràctica, el pas del deflector no és normalment més gran que una distància igual al diàmetre interior de la carcassa o més propera que una distància igual a una cinquena part del diàmetre o 50,8 mm (2 polzades) el que sigui més gran. Per tal de permetre que el fluid flueixi cap enrere i cap endavant pels tubs, es talla una part del deflector. L'alçada d'aquesta part s'anomena tall deflector i es mesura com un percentatge del diàmetre de la closca, per exemple, un tall deflector del 25%. La mida del tall del deflector (o finestra del deflector) s'ha de tenir en compte juntament amb el pas del deflector. És normal dimensionar el tall del deflector i el pas del deflector per igualar aproximadament les velocitats a través de la finestra i en el flux creuat, respectivament.

El disseny mecànic d'un intercanviador de calor de carcassa i tub proporciona informació sobre elements com ara el gruix de la carcassa, el gruix de la brida, etc. Es calculen mitjançant un codi de disseny de recipients a pressió, com ara el codi de caldera i recipient a pressió d'ASME (American Society of Mechanical Engineers) i l'estàndard britànic Master Pressure Vessel, BS 5500. ASME és el codi més utilitzat per als intercanviadors de calor i està en 11 seccions. La secció VIII (Recipients a pressió confinat) del codi és la més aplicable als intercanviadors de calor, però també són rellevants les seccions II—Materials i la secció V—Assajos no destructius.

Tant ASME com BS5500 són àmpliament utilitzats i acceptats a tot el món, però alguns països insisteixen que s'utilitzen els seus propis codis nacionals. Per intentar simplificar-ho, l'Organització Internacional d'Estàndards està intentant desenvolupar un nou codi reconegut internacionalment, però és probable que passi un temps abans que s'accepti.