Bescanviador de calor de carcassa i tubos

Secció d'un bescanviador de calor de tipo tubos en U.

Els bescanviadors de calor de carcassa i tubos estan composts per tubos cilíndrics, montats dins d'una carcassa també cilíndrica, en l'eix dels tubos paralels a l'eix de la carcassa. Un decorregut circula per dins dels tubos, i l'atre per l'exterior (decorregut del costat de la carcassa). Són el tipo de bescanviadors de calor més usat en l'indústria. Si es fabrica el bescanviador el procés de prolonga en comparació a comprar un ya armat.

Elecció del decorregut que va per la coraza o tubos

Els decorreguts prou corroents circulen pels tubos interiors i deuen construir-se en un material resistent a la corrosió (acer inoxidable). Ademés, la coraza deu construir-se en un material resistent a la corrosió com a acers per a evitar la corrosió si es perfora el tubo interior. Si el decorregut corroent circula per dins de la coraza i per l'exterior dels tubos interiors els danys per corrosió serien majors. El decorregut brut circula pels tubos ya que és més senzill llavar l'interior dels tubos que llavar l'interior de la coraza en els tubos en la solució de llavat. Els decorreguts molt calents circulen per dins dels tubos per raons de seguritat i aforro energètic. Els decorreguts més viscosos circulen per l'exterior dels tubos ya que es favorix una major turbulència que en l'interior dels tubos lo que permet la transferència de calor.

Parts d'un bescanviador de calor de carcassa i tubos

Esquema bescanviador de calor

Els components bàsics d'este bescanviador són: El fes de tubos (o banc de tubos), carcassa, cabezal fix, cabezal removible (o atrasser), deflectors, i la placa tubular.

Configuració

S'usa una àmplia varietat de configuracions en els bescanviadors de calor de carcassa i tubos, depenent de l'eixercite desijat de transferència de calor, caiguda de pressió i els métodos amprats per a reduir els esforços tèrmics, previndre fugues, fàcil manteniment, soportar les pressions i temperatures d'operació, i la corrosió. Estos bescanviadors es construïxen d'acort a les normes de l'Associació de Fabricants de Bescanviadors de Calor Tubulars (TEMA), en algunes modificacions, depenent del país.

TEMA ha desenrollat una nomenclatura per a designar els tipos bàsics de bescanviadors de calor de carcassa i tubos. En este sistema, cada bescanviador es designa en tres lletres, la primera indicant el cabezal davanter, la segona el tipo de carcassa, i la tercera el cabezal posterior.

Archiu:Configuracion de intercambiadores caps block 4 .jpg

Configuració de bescanviadors (TEMA).

TEMA també ha conformat una série de normes mecàniques per a la construcció, fabricació, i materials constructius de tres tipos de bescanviadors de calor tubulars: R, C, B. Els bescanviadors classe R són els usats en condicions d'operació severes, en processos petrolers i afins. La Classe C designa als bescanviadors usats en aplicacions comercials i processos generals baix condicions moderades. La classe B designa als bescanviadors de calor de carcassa i tubos usats en processos químics. Generalment, en estos últims, els materials constructius són no-ferrosos, mentres que en els Classe C i Classe R, s'usen materials ferrosos.

Els tipos més freqüent de bescanviador són: AES, AEP, CFU, AKT, i AJW. Encara que poden existir diferents configuracions a les mencionades, estes no poden ser identificades per la nomenclatura TEMA.

L'apany més òptim és el que permet els majors coeficients globals i menors caigudes de pressió.

Tubos

Els tubos són els components fonamentals, proporcionant la superfície de transferència de calor entre el decorregut que circula per l'interior dels tubos, i la carcassa. Els tubos poden ser complets o soldats i generalment estan fets de coure o aleacions d'acer. Atres aleacions de níquel, titani o alumini poden ser requerides per a aplicacions específiques.

Els tubos poden ser nuets o aletados. Les superfícies esteses s'usen quan un dels decorreguts té un coeficient de transferència de calor molta menor que l'atre decorregut. Els tubos doblement aletados poden millorar encara més l'eficiència. Les aletes proveïxen de dos a quatre voltes l'àrea de transferència de calor que proporcionaria el tubo nuet. La cantitat de passos pels tubos i per la carcassa depenen de la caiguda de pressió disponible. A majors velocitats, aumenten els coeficients de transferència de calor, pero també les pèrdues per fricció i l'erosió en els materials. Per tant, si la pèrdua de pressió és acceptable, és recomanable tindre menys cantitat de tubos, pero de major llongitut en un àrea reduïda. Generalment els passos pels tubos oscilen entre 1 i 8. Els dissenys estàndars tenen un, dos o quatre passos pels tubos. En múltiples dissenys s'usen número par de passos. Els números de passos impars no són comuns, i resulten en problemes tèrmics i mecànics en la fabricació i en l'operació.

La selecció del espaciamiento entre tubos és un equilibri entre una distància curta per a incrementar el coeficient de transferència de calor del costat de la carcassa, i l'espai requerit per a la neteja. En la majoria dels bescanviadors, la relació entre el espaciamiento entre tubos i el diàmetro exterior del tubo varia entre 1,25 i 2. El valor mínim es restringix a 1.25 perque per a valors inferiors, l'unió entre el tubo i la placa tubular es fa molt dèbil, i pot causar filtracions en les juntes. Per als mateixos espaciamiento entre tubos i cabal, els apanys en orde decreixents de coeficient de transferència de calor i caiguda de pressió són: 30°, 45°, 60° i 90°.

Placa tubular

Els tubos es mantenen en el seu lloc en ser insertats dins de forats en la placa tubular, fixant-se per mig d'expansió o soldadura. La placa tubular és generalment una placa de metal senzilla que ha segut trepada per a albergar als tubos(en el patró desijat), les empacaduras i els pernos. En el cas de que es requerixca una protecció extra de les fugues pot utilisar-se una doble placa tubular.

L'espai entre les plaques tubulars deu estar obert a l'atmòsfera per a que qualsevol fuga puga ser detectada en rapidea. Per a aplicacions més perilloses pot usar-se una placa tubular triple, sagells gaseosos i inclús un sistema d'recirculación de les fugues.

La placa tubular ademés dels seus requeriments mecànics deu ser capaç de soportar l'atac corroent d'abdós decorreguts del bescanviador i deu ser compatible electroquímicamente en el material dels tubos. A voltes es construïxen d'acer de baix carbono cobert metalúrgicamente per una aleació resistent a la corrosió.

Deflectors

Deflectors

Hi ha dos tipos de deflectors, travessers i llongitudinals. El propòsit dels deflectors llongitudinals és controlar la direcció general del fluix del costat de la carcassa. Per eixemple, les carcasses tipo F, G i H tenen deflectors llongitudinals. Els deflectors travessers tenen dos funcions, la més important és la de mantindre als tubos en la posició adequada durant l'operació i evita la vibració produïda pels vórtices induïts pel fluix. En segon lloc ells guien al decorregut del costat de la carcassa per a acostar-se en lo possible a les característiques del fluix creuat. També tenen la funció de fer que el decorregut que circula per la carcassa ho faça en major turbulència per a que aumente el coeficient convectivo (o coeficient de película) exterior dels tubos, és dir, per a que aumente la cantitat de calor transferida.

El tipo de deflector més comú és el simple segmentat. El segment tallat deu ser inferior a la mitat del diàmetro per a assegurar que deflectors adjacents es solapen en a lo manco una fila completa de tubos. Per a fluix de líquits en el costat de la carcassa el tall del deflector generalment és del 20 a 25 per cent; per a fluix de gas a baixa pressió de 40 a 45 per cent, en l'objectiu de minimisar la caiguda de pressió.

En aumentar la turbulència del decorregut, es genera una major diferència de pressió lo que aumenta les necessitats de bombeig. Ademés, l'instalació dels deflectors disminuïx l'àrea de fluix aumentant la velocitat lo que també aumenta la potència de bombeig. Un fluix turbulento presenta un major Re, açò aumenta el Nu, lo que aumenta l'h i lo que aumenta l'O, provocant l'aument del Q (transferència de calor).

Carcassa i filtre del costat de la carcassa

La carcassa és la envolvente del segon decorregut, i les filtre són els ports d'entrada i eixida. La carcassa generalment és de secció circular i esta feta d'una placa d'acer conformat en forma cilíndrica i soldat longitudinalmente. Carcasses de menuts diàmetros (fins a 24 polzades) poden ser fetes tallant un tubo del diàmetro desijat en la llongitut correcta (pipe shells). La forma esfèrica de la casaca és important en determinar el diàmetro dels reflectores que poden ser insertats i l'efecte de fuga entre el deflector i la casaca. Les carcasses de tubo solen es més redones que les carcassa roladas.

En bescanviadors grans la carcassa esta feta d'acer de baix carbono sempre que siga possible per raons d'economia encara que també poden usar-se atres aleacions quan la corrosió o les altes temperatures aixina ho requerixquen.

La filtre d'entrada sol tindre una placa just baix d'ella per a evitar que la corrent choc directament a alta velocitat en el top del fes de tubos. Eixe impacte pot causar erosió, cavitación, i vibracions. En l'objectiu de colocar esta laca i deixar suficient espai lliure entre est i la carcassa per a que la caiguda de pressió no siga excessiva pot ser necessari ometre alguns tubos del patró circular complet.

Canals del costat dels tubos i filtre

Els canals i les filtre simplement dirigixen el fluix del decorregut del costat dels tubos cap a l'interior o exterior dels tubos del bescanviador. Com el decorregut del costat dels tubos és generalment el més corroent, estos canals i filtre solen ser fets de materials aleados (compatibles en la placa tubular). Deuen ser revestits en lloc d'aleacions sòlides.

Cobertes de canal

Les cobertes de canal són plaques redones que estan entornellades a les vores del canal i poden ser remoguts per a inspeccionar els tubos sense pertorbar l'apany dels tubos. En menuts bescanviadors solen ser usats cabezales en filtre laterals en lloc de canals i cobertes de canals.