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El intercambiador de calor híbrido

Híbrido rendido

Dentro de una gran cantidad de sectores de la industria, la minimización del consumo de energía y el mantenimiento del tiempo de actividad de la planta son esenciales para optimizar los costos de producción. La recuperación de calor del proceso es un enfoque importante para reducir el consumo de energía, mientras que la mejora del rendimiento del proceso contribuirá a la eficiencia de la planta.

Los intercambiadores de calor cuando se usan para calentar, enfriar, condensar o evaporar juegan un papel importante en la recuperación de energía de los gases y líquidos de proceso, por lo que se deduce que su eficiencia influirá en los costos de operación.

A pesar de ser una tecnología madura y bien probada, los intercambiadores de calor tienen que evolucionar para satisfacer las demandas en constante cambio de los procesos industriales y los entornos en los que tienen que trabajar. Los intercambiadores de calor de placas que usan el patrón de corrugación de placa en combinación con un espacio relativamente estrecho entre las placas de transferencia de calor proporcionan una mayor eficiencia de transferencia de calor y rentabilidad combinadas con un tiempo de inactividad bajo. Su tamaño y peso relativamente pequeños les permite ser utilizados donde hay un área de superficie pequeña. Sin embargo, están bastante limitados a solo manejar líquidos limpios porque las placas no pueden manejar sólidos u otros contaminantes de manera muy eficiente. Además, las juntas que proporcionan el sello entre las placas, limitan las presiones y temperaturas de operación a alrededor de la barra 20 y 200 ° C respectivamente.

Este problema de presiones y temperaturas limitadas puede superarse mediante intercambiadores de calor que incorporan placas semi-soldadas. En este diseño, dos placas se sueldan por láser para formar un canal a prueba de fugas o sin junta. Los canales entre los pares de placas soldadas se sellan a través de una junta elastomérica. Sin embargo, también solo puede acomodar líquidos relativamente limpios. Donde se encuentran líquidos más viscosos o aquellos que contienen partículas y sólidos, el intercambiador de calor de carcasa y tubos ha sido durante mucho tiempo la respuesta para muchas aplicaciones. El único inconveniente de esto es que su eficiencia térmica es limitada.

La solución ideal que satisface los requisitos de líquidos limpios y sucios, altas temperaturas y presiones, y que logra altos niveles de eficiencia energética, es un intercambiador de calor que combina los beneficios de ambos diseños. En otras palabras, un híbrido. Hacer que el intercambiador de calor de placas se parezca más a un intercambiador de calor de carcasa y tubos sin perder las ventajas inherentes de la eficiencia térmica, significa que una gama más amplia de aplicaciones puede beneficiarse de un mejor rendimiento de transferencia de calor y un tamaño de instalación reducido. La solución viene en forma de tecnología de placa soldada. El diseño híbrido ha optimizado los patrones de placa tanto en el lado corrugado como en el lado del tubo, lo que brinda una mayor eficiencia térmica que la de los intercambiadores de calor de carcasa y tubo y ofrece una solución más compacta y eficiente.

El flujo lateral de la placa y el flujo lateral del tubo están dispuestos en una configuración de flujo cruzado con uno o múltiples pases sobre las placas.

Fig.1: el flujo lateral de la placa y el flujo lateral del tubo están dispuestos en una configuración de flujo cruzado con uno o múltiples pases sobre las placas.

El hibrido
Las unidades de intercambiador de calor totalmente soldadas e híbridas (Fig. 1) ofrecen una amplia gama de opciones de configuración para optimizar el rendimiento para una variedad de condiciones térmicas, físicas y geométricas. Esto significa que la unidad se puede utilizar para una gama más amplia de aplicaciones que los intercambiadores de calor de placa y marco convencionales. Las aplicaciones típicas incluyen unidades de recuperación de calor, proceso de calentamiento y enfriamiento, condensadores de proceso, calentadores de vapor, vapores, gases, fluidos altamente viscosos, fluidos que contienen partículas y fluidos incrustantes.

El intercambiador de calor híbrido ofrece muchas ventajas de ingeniería de proceso en comparación con los intercambiadores de calor de carcasa y tubo. Su diseño compacto permite un área de transferencia de calor de hasta 1.800m m², mientras que el diseño único del patrón de flujo garantiza una mejor transferencia de calor de gas y líquido, así como un ahorro significativo en los costos de material debido a la mayor eficiencia operativa. El uso extremadamente eficiente de la superficie de la placa maximiza el área de transferencia de calor, optimizando así el rendimiento de transferencia de calor. La eliminación de los puntos muertos proporciona una transferencia de calor muy eficiente a valores de baja caída de presión, lo que permite un enfoque de temperatura más cercano.

El flujo lateral de la placa y el flujo lateral del tubo están dispuestos en una configuración de flujo cruzado con uno o múltiples pases sobre las placas (Fig. 2). El patrón de placa forma canales de tubo elíptico en el lado del flujo del tubo y pasa el flujo de la onda en el lado de la placa. Se encuentran disponibles espacios de placa más grandes para acomodar caudales más altos, caídas de presión reducidas y medios con partículas más grandes. Esto facilita un diseño óptimo para una amplia gama de requisitos de proceso. En el caso del intercambiador de calor de placa híbrida APV, puede diseñarse para un rango de presión de vacío total a barra 40.

En el corazón del intercambiador de calor hay un bloque intercambiador de calor que consiste en uno o más paquetes de placas. Las dimensiones de los paquetes de placas están determinadas por la longitud y el número de placas incluidas en el paquete de placas. Las placas se sueldan entre sí para formar uno o más bloques estancos a los gases y resistentes a la presión. Un paquete de placas soldadas híbridas emplea tecnologías avanzadas de prensado y soldadura, absorbiendo cargas alternas en las soldaduras. Las soldaduras no están sujetas a carga mecánica durante el ciclo térmico (efectos de expansión térmica) y, por lo tanto, son más resistentes a la fatiga.

Las características de diseño del intercambiador de calor híbrido están diseñadas para proporcionar un buen rendimiento. Por ejemplo, los fluidos que contienen sólidos o contaminantes pueden pasar más fácilmente a través del lado del tubo porque no hay puntos de contacto que obstruyan. El acceso completo al paquete de placas, combinado con una limpieza mecánica real en el lado del tubo, aseguran un mantenimiento rápido y efectivo cuando se requiere limpieza. Además del calentamiento y enfriamiento de líquidos, las aplicaciones que involucran vapores y gases, que tradicionalmente han sido manejadas por intercambiadores de calor de carcasa y tubos, pueden beneficiarse de la eficiencia del diseño de placas híbridas soldadas.

Aplicaciones
En los condensadores de proceso, un perfil de intercambiador de calor híbrido es muy adecuado para crear altos valores de U con una baja caída de presión en el lado de condensación. Una caída a baja presión significa una MTD efectiva más alta y, por lo tanto, una mejor recuperación de los vapores. El perfil de la placa combinado con un tamaño de conexión flexible también permite que los gases se calienten y se enfríen. Además, un intercambiador de calor de placa híbrida es adecuado para fluidos altamente viscosos que se benefician de los canales de flujo de baja resistencia combinados con altos coeficientes de película ofrecidos por el lado del tubo y el patrón de placa corrugada en el lado de la placa.

En el caso de las unidades de recuperación de calor, las altas eficiencias de transferencia de calor del diseño híbrido ayudan a lograr aproximaciones de temperatura cercanas y son posibles aproximaciones de 1.8 ° F (1 ° C), recuperando más calor para reducir los costos operativos del proceso y mejorar la huella de carbono .

Para aplicaciones que implican altas temperaturas y presiones, también se puede usar un híbrido soldado. Sin juntas para limitar el rango de temperatura y presión, los diseños de intercambiador de calor híbrido pueden acomodar temperaturas de -40 a 350 ° C y presiones hasta la presión de barra 40. La ausencia de juntas ayuda a evitar problemas de compatibilidad y reduce el riesgo de fugas mientras que el diseño híbrido soldado es adecuado para fluidos peligrosos o corrosivos. Las placas pueden producirse en materiales tales como aceros inoxidables 304L y 316L, aceros inoxidables austeníticos de alto rendimiento, Hastelloy y níqueles para adaptarse a casi todas las corrientes de productos corrosivos.

Resumen
Los intercambiadores de calor con placa y marco con empaquetaduras ofrecen una eficiencia térmica óptima en comparación con los diseños de carcasa y tubo dentro de un conjunto específico de parámetros de funcionamiento. Sin embargo, la gama de aplicaciones para las que están adaptadas es limitada. Las unidades de carcasa y tubo son más adecuadas para altas temperaturas y presiones y alta contaminación o fluidos contaminados, pero son más pesadas, ocupan un área más grande instalada y carecen de la eficiencia de transferencia de calor de la tecnología de placas. Un intercambiador de calor de placas soldadas híbrido, con su perfil de placa similar a un tubo y verdadera limpieza mecánica y uso eficiente del espacio de instalación, lleva la gama de aplicaciones más allá de la configuración de placa y marco con empaquetaduras a nuevas áreas.

Autor: Geoff Mahoney - Intercambiadores de calor de placa de AxFlow Product Manager

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