Intercambiador de calor de carcasa y tubos para enfriadora

Principio de funcionamiento del intercambiador de calor de carcasa y tubos

En el enfriador, el intercambiador de calor de carcasa y tubos completa el intercambio de calor en cuatro etapas, lo que permite que el refrigerante y el agua transfieran energía de manera eficiente sin que se mezclen:

Introducción de fluidos

Al encender la máquina, el enfriador envía dos fluidos al intercambiador de calor. Uno pasa por el lado del tubo (dentro del delgado tubo de cobre) y el otro por el lado de la carcasa (en el espacio cilíndrico de la carcasa fuera del tubo).

Circulación dentro de la tubería

Al diseñar un sistema de enfriamiento, hacemos que el fluido del lado de los tubos (como el agua de refrigeración) circule a lo largo de un tubo delgado, y en su recorrido, es guiado por el deflector (placa deflectora) en el lado de la carcasa, dando vueltas alrededor del haz de tubos. Normalmente, circula cuatro veces dentro del tubo. Al entrar, recorra el haz de tubos en línea recta durante un rato.

Al encontrar una barrera, gire hacia el otro lado y recorra el segundo tramo. Para garantizar un intercambio de calor más completo, este proceso se repetirá cuatro veces. Cada giro aumenta el tiempo de contacto con la pared de la tubería, lo que permite una transferencia de calor más eficiente del enfriador que hemos diseñado.

Transferencia de calor a través de la pared de la tubería

En el intercambiador de calor de carcasa y tubos, el fluido a alta temperatura (como el vapor refrigerante) fluye a lo largo de la pared exterior del haz de tubos. Mediante contacto indirecto con la pared del tubo, el fluido a alta temperatura transfiere calor al fluido a baja temperatura.

Descarga de fluido

Después de cuatro ciclos, el fluido del lado del tubo (agua de refrigeración) se descarga con el calor absorbido y se libera en el torre de refrigeración del enfriador. La próxima vez que encienda el enfriador, entrará un nuevo lote de líquido. Repita estos cuatro pasos.

Tipos de intercambiadores de calor de tubos y carcasa

La selección del tipo de intercambiador de calor de carcasa y tubos afectará la eficiencia y la estabilidad del sistema de refrigeración elegido. Según las diferencias en los patrones de flujo de los dos fluidos y las variaciones en sus estructuras sutiles, se pueden clasificar en: tipos de flujo (corriente paralela, contracorriente, flujo cruzado) y subdivisiones de la estructura del cabezal flotante (placa tubular fija en forma de M, tubo en forma de U, cabezal flotante en forma de S).

Clasificar por tipo de flujo

Intercambiador de calor de flujo paralelo

Se suele utilizar en situaciones con baja diferencia de temperatura, como el intercambio de calor inicial entre el agua de refrigeración y los refrigerantes a baja temperatura. Su eficiencia térmica es relativamente baja. Si le interesa adquirirlo, puede usarlo como equipo auxiliar.

Intercambiador de calor de contracorriente: máxima eficiencia térmica.

Por ejemplo, en un condensador, el vapor refrigerante a alta temperatura se condensa en el lado de la carcasa, mientras que el agua de refrigeración fluye en la dirección opuesta en el lado de los tubos para absorber el calor.

El intercambiador de calor de contracorriente también se puede combinar con el diseño de canal de flujo en forma de S para mejorar la turbulencia y reducir el riesgo de incrustaciones, lo que lo hace adecuado para enfriadoras de alta carga.

Intercambiador de calor de flujo cruzado

Dos fluidos fluyen perpendicularmente a 90 grados. Por ejemplo, el fluido del lado de la carcasa pasa lateralmente a través del haz de tubos, mientras que el fluido del lado de los tubos fluye longitudinalmente.

Los intercambiadores de calor de flujo cruzado se utilizan principalmente en evaporadores o en condiciones de funcionamiento especiales. Por ejemplo, cuando el refrigerante necesita experimentar un cambio de fase (de líquido a gas), el flujo cruzado puede equilibrar la caída de presión y la eficiencia del intercambio de calor. Sin embargo, debido a su compleja estructura, se utilizan con menos frecuencia en enfriadoras.

Subdividir según la estructura de la cabeza flotante

Intercambiador de calor de tubo en U

Los intercambiadores de calor de tubos en U son adecuados para situaciones donde la diferencia de temperatura entre el lado del tubo y el lado de la carcasa es grande, como en los precalentadores de los sistemas de desalinización de agua de mar. Los tubos en forma de U se pueden extender y contraer libremente para reducir la tensión térmica, pero la limpieza del lado del tubo es difícil.

Intercambiador de calor de cabezal flotante tipo S

Relativamente flexible. Esta es la mejor opción para nuestros modelos de enfriadoras de alta carga. Por ejemplo, en el condensador de una enfriadora centrífuga grande, el diseño de cabezal flotante en forma de S permite que el haz de tubos se expanda libremente con los cambios de temperatura, evitando así fugas.

El cabezal flotante es desmontable, lo que facilita la limpieza del lateral del tubo que se ha incrustado.

Si la calidad del agua de refrigeración en su fábrica es deficiente, como por ejemplo el agua de circulación industrial, elija el modelo con cabezal flotante tipo S. Si prefiere un enfriador doméstico con agua de calidad estable, el modelo con placa tubular fija tipo M resulta más económico.

Supongamos que se trata de situaciones con grandes diferencias de temperatura, como la temperatura de condensación de un sistema de refrigeración por amoníaco. En ese caso, debe adoptarse el tipo de cabezal flotante. Evite que la placa tubular se agriete.

Si se trata de situaciones con grandes diferencias de temperatura, como la temperatura de condensación de un sistema de refrigeración por amoníaco, se debe utilizar un cabezal flotante. Esto evita que la placa tubular se agriete.

Las ventajas de los intercambiadores de calor de carcasa y tubos

Las ventajas de los intercambiadores de calor de carcasa y tubos pueden ahorrarte muchos problemas al elegir un enfriador. A continuación, te presento algunos beneficios basados en sus usos reales:

Bajo costo

Para enfriadoras con la misma capacidad de refrigeración, el uso del tipo de carcasa y tubos puede suponer un ahorro considerable en los costes de equipamiento. 

Gran capacidad calorífica

Si se enfrenta a condiciones de trabajo de alta temperatura (como en los sistemas de refrigeración con amoníaco), su resistencia a altas temperaturas es más fiable que la de otros modelos.

Intercambiadores de calor de carcasa y tubos personalizables

Si necesita un enfriador pequeño, reduciremos el tamaño del haz de tubos para disminuir el volumen. Para construir una unidad de gran capacidad de refrigeración, aumentaremos el número de haces de tubos para mejorar la eficiencia. Se fabrica a medida según sus necesidades, a diferencia de los modelos fijos, que son muy rígidos.

Estable bajo presión

Cuando lo uses en un enfriador industrial, Aunque la presión del sistema fluctúe ocasionalmente, el intercambiador de calor de tubos y celdas no tendrá fugas. Es más seguro para usted.

Ahorra electricidad

El intercambiador de calor de carcasa y tubos mantiene la pérdida de presión dentro de un rango razonable mediante la optimización del diseño del canal de flujo. La bomba de su enfriadora no tendrá que realizar un esfuerzo adicional para impulsar el fluido. El caudal de salida es estable, el consumo de energía disminuye naturalmente y, además, se evitan los problemas causados por la acumulación de presión en las tuberías.

Expansión y contracción térmica

El haz de tubos puede expandirse y contraerse libremente y no se agrietará como una estructura fija, lo que le confiere una vida útil más prolongada.

Puede manejar fluidos especiales.

Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos son compatibles con fluidos inflamables (como el propano) y tóxicos (como ciertos productos químicos). Son ideales para su uso como enfriadores de agua en la industria química. Permiten aislar fluidos peligrosos, lo que aumenta la seguridad del sistema.

Mantenimiento sencillo

La estructura de carcasa y tubos tiene menos curvas y recovecos. Si el agua de refrigeración contiene impurezas, vacíela periódicamente para eliminar la cal. Esto se puede hacer en media hora.

Funcionamiento estable a largo plazo

La carcasa del tubo está fabricada con tubos de acero de paredes gruesas o acero inoxidable, lo que la hace resistente a la corrosión y la erosión. Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos de ChillerOne son más duraderos y ofrecen una mejor relación calidad-precio a largo plazo.

Compatible con múltiples refrigerantes

Se pueden utilizar intercambiadores de calor de carcasa y tubos con amoníaco, freón (R134a/R410A), dióxido de carbono y otros refrigerantes. Incluso si en el futuro desea cambiar el refrigerante y actualizar el sistema, no es necesario reemplazar el intercambiador de calor.

El importante papel de los intercambiadores de calor de carcasa y tubos en los sistemas de refrigeración.

Alta eficiencia térmica

Tubos multicanal y deflectores, en combinación con deflectores en el lateral de la carcasa.

• Intensificación de la turbulencia: La superficie de la pared del tubo se procesa dándole una forma roscada o corrugada para interrumpir el flujo laminar del fluido y aumentar el grado de turbulencia.

Reducir la escala

Durante el funcionamiento prolongado del enfriador, la acumulación de incrustaciones reducirá la eficiencia del intercambio de calor. Y los intercambiadores de calor de carcasa y tubos tienen:

• Diseño de alto caudal: El caudal de agua en el lado del tubo es elevado, lo que limpia la pared del tubo e inhibe la adhesión de incrustaciones.
• Estructura fácil de limpiar: La placa tubular y la carcasa están conectadas mediante bridas, lo que permite un desmontaje y una limpieza rápidos.
• Optimización del espaciado de las tuberías: Al reducir la distancia entre las tuberías, se aumenta la superficie de intercambio de calor dentro de un espacio limitado, al tiempo que se reduce el espacio para la acumulación de incrustaciones.

Integridad mecánica

Procesos de fabricación conforme a las normas internacionales

La carcasa y la placa tubular están fabricadas de acero forjado o acero inoxidable, y el proceso de soldadura está aprobado por la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME).

La conexión entre la placa tubular y los tubos de intercambio de calor se realiza mediante un proceso doble de junta de expansión y soldadura de sellado. La junta de expansión garantiza un sellado hermético, mientras que la soldadura mejora la resistencia mecánica.

Diseño resistente a sismos y a la fatiga

Configuración de juntas de expansión: La carcasa está equipada con juntas de expansión corrugadas para compensar las diferencias de expansión y contracción causadas por las diferencias de temperatura entre el haz de tubos y la carcasa.

Optimización de la estructura de soporte: Se colocan placas de soporte en el lado de la carcasa para evitar la fractura por fatiga por vibración del haz de tubos.

Seguridad operativa

Doble protección contra la presión y la temperatura.

En el lateral de la carcasa se instala una válvula de seguridad accionada por resorte, que se libera automáticamente cuando se produce una sobrepresión.

Cuando la temperatura de la carcasa supera el valor establecido, el PLC desconecta automáticamente la fuente de calor y activa el sistema de refrigeración de respaldo. Ahorre tiempo de trabajo manual.

Diseño a prueba de fugas y de contaminación.

• Estructura de doble sellado: La brida adopta un doble sellado con una junta metálica enrollada y una junta de grafito.
• Aislamiento: Aunque se produzca una pequeña fuga en la pared de la tubería, el fluido filtrado entrará en la zona de amortiguación del lado de la carcasa y no contaminará el fluido del proceso.

Actualmente, nuestros enfriadores de agua integran tecnología de inteligencia artificial, lo que les permite operar automáticamente y configurar sus programas de forma remota desde teléfonos móviles y ordenadores. Además, conscientes de que nuestros clientes provienen de todo el mundo, ofrecemos la posibilidad de personalizar el enfriador en tres idiomas para mayor comodidad de todos. Nuestra filosofía de producción siempre se ha basado en el altruismo. En Fan Qun, esperamos con interés recibir más consultas sobre nuestros productos de clientes internacionales.

Intercambiador de calor de placas frente a intercambiador de calor de carcasa y tubos

¿Cuáles son exactamente las diferencias entre estos dos? ¿Cuál se adapta mejor a tu sector? No te preocupes. A continuación, te lo explicaré con claridad.

Intercambiador de calor de carcasa y tubos

Ventajas

Resistencia a alta presión y resistencia a alta temperatura

• No soy exigente con el trabajo: Tanto el lado de los tubos como el de la carcasa pueden soportar todo tipo de suciedad, como arena y virutas de metal en el agua de refrigeración, y no temen obstruirse.
• Alta capacidad de intercambio de calor: Adecuado para enfriadoras de agua de alta potencia (como las que se utilizan en las torres de refrigeración de las fábricas).

Limitación

• Abarca una gran superficie. Es pesado y voluminoso, y no es adecuado para fábricas pequeñas.

• La limpieza es problemática: El haz de tubos está soldado dentro de la carcasa. Si se desea limpiarlo, hay que desmontar la tapa del extremo, lo cual es laborioso y requiere mucho tiempo.

• Eficiencia media: El fluido fluye dentro del tubo, y el coeficiente de transferencia de calor es menor que el del tipo de placa, lo que puede resultar en un mayor consumo de energía.

Adecuado para su situación

• La calidad del agua de refrigeración es deficiente (contiene muchas impurezas).
• Requiere un funcionamiento estable a largo plazo y tiene una baja frecuencia de mantenimiento.

intercambiador de calor de placas

Ventajas

• Alta eficiencia y ahorro energético: El coeficiente de transferencia de calor es superior al de los sistemas de carcasa y tubos, lo que puede suponer un gran ahorro en la factura de la luz.
• Fácil de limpiar: Incluso se puede presurizar para su descarga, lo que la hace adecuada para lugares con altos requisitos de higiene, como las fábricas de alimentos.

• Ajuste flexible: Solo hay que añadir unas cuantas placas. El coste de la actualización y la transformación es bajo.

Limitación

• Escasa durabilidad: Tiene baja resistencia a la presión y es propenso a fugas cuando la temperatura supera los 250 ℃. Úselo con precaución en sistemas de vapor.
• Sellado difícil: Las juntas de goma tienen una vida útil limitada y son propensas a las fugas tras un uso prolongado, por lo que deben sustituirse periódicamente.

Adecuado para su situación

• El agua de refrigeración es limpia (como agua purificada o agua ablandada).

• El espacio de la fábrica es reducido o la configuración necesita ajustarse con frecuencia.

Por ejemplo:

Si se dedica al procesamiento de alimentos, el enfriador debe ser apto para leche o jugo. El agua de enfriamiento debe estar limpia. Elija un intercambiador de calor de placas que sea adecuado.

Si trabajas en una planta química, el refrigerante está a alta temperatura y alta presión. Elige un intercambiador de calor de carcasa y tubos.

ChillerOne es un proveedor profesional de enfriadores de agua. Actualmente, nuestros enfriadores integran tecnología de inteligencia artificial, lo que les permite operar automáticamente y configurar programas de forma remota desde teléfonos móviles y computadoras. Además, considerando que nuestros clientes provienen de todo el mundo, ofrecemos la opción de personalizar el enfriador en tres idiomas para mayor comodidad. Nuestra filosofía de producción siempre se ha basado en el altruismo. Fan Qun espera con interés recibir más consultas sobre nuestros productos de clientes internacionales.