Intercambiador tubular

Se emplean para enfriar o calentar un fluido que pasa a través del intercambiador mediante un flujo de vapor o agua caliente o fría. Así, el uso recomendado de este equipo es controlar la temperatura de un producto.

Un intercambiador tubular es un sistema utilizado para transferir calor o frío entre dos o más fluidos. Los fluidos pueden estar separados por una pared sólida para evitar que se mezclen o pueden estar en contacto directo.

Funciona mediante un cuerpo tubular al que se insertan multitud de tuberías internas para crear dos cámaras por donde circulan los fluidos a diferentes temperaturas, en ellas se produce el enfriamiento o calentamiento por contacto entre superficies.

Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos se utilizan normalmente para aplicaciones de alta presión (con presiones superiores a 30 bar y temperaturas superiores a de 260 °C).

Existen diferentes intercambiadores tubulares. El formato se puede ajustar a caudales deseados dimensionando el tamaño para alcanzar la capacidad deseada pero se debe tener en cuenta las características térmicas que son necesarias en cada caso.

Hay que tener en cuenta que un diámetro de tubo pequeño hace que el intercambiador sea económico y compacto pero es probable que se ensucie más rápido y el tamaño pequeño dificulta la limpieza mecánica del ensuciamiento. En conclusión, para determinar el diámetro del tubo, se debe considerar el espacio disponible, el costo y la naturaleza de ensuciamiento de los fluidos.

El espesor de la pared de los tubos suele determinarse para asegurar que hay suficiente espacio para la corrosión, que la vibración inducida por el flujo tiene resistencia, fuerza axial, disponibilidad de repuestos, resistencia del aro (para soportar la presión interna del tubo), resistencia al pandeo (para soportar la sobrepresión en el casco).

Los intercambiadores de calor suelen ser más baratos cuando tienen un diámetro de carcasa más pequeño y una longitud de tubo larga. Por lo tanto, normalmente existe el objetivo de hacer que el intercambiador de calor sea lo más largo físicamente posible sin exceder las capacidades de producción. Sin embargo, existen muchas limitaciones para esto, incluido el espacio disponible en el sitio de instalación y la necesidad de garantizar que los tubos estén disponibles en longitudes que sean el doble de la longitud requerida (para que puedan retirarse y reemplazarse). Además, los tubos largos y delgados son difíciles de sacar y reemplazar.

Al diseñar los tubos, es práctico asegurarse de que el paso de los tubos (es decir, la distancia entre centros de los tubos contiguos) no sea inferior a 1,25 veces el diámetro exterior de los tubos. Un paso de tubo más grande conduce a un diámetro total de la carcasa más grande, lo que se traduce en un intercambiador de calor más costoso.

Este tipo de tubos, utilizados principalmente para las cámaras de aire, aumenta la turbulencia de los fluidos y el efecto es muy importante en la transferencia de calor dando un mejor rendimiento.

Se refiere a cómo se colocan los tubos dentro de la carcasa. Hay cuatro tipos principales de diseño de tubo, que son, triangular (30°), triangular girado (60°), cuadrado (90°) y cuadrado girado (45°). Los patrones triangulares se emplean para brindar una mayor transferencia de calor, ya que obligan al fluido a fluir de manera más turbulenta alrededor de la tubería. Los patrones cuadrados se emplean donde se experimenta un alto ensuciamiento y la limpieza es más regular.

Los deflectores se utilizan en intercambiadores de calor de carcasa y tubos para dirigir el fluido a través del haz de tubos. Corren perpendiculares al caparazón y sostienen el paquete, evitando que los tubos se comben en una gran longitud. También pueden evitar que los tubos vibren. El tipo más común de deflector es el deflector segmentario. Los deflectores segmentados semicirculares están orientados a 180 grados con respecto a los deflectores adyacentes, lo que obliga al fluido a fluir hacia arriba y hacia abajo entre el haz de tubos. El espaciado de los deflectores es una gran preocupación termodinámica cuando se diseñan intercambiadores de calor de carcasa y tubos. Los deflectores deben espaciarse teniendo en cuenta la conversión de la caída de presión y la transferencia de calor. Para la optimización termoeconómica, se sugiere que los deflectores estén espaciados a no menos del 20 % del diámetro interior de la carcasa. Tener deflectores espaciados demasiado juntos provoca una mayor caída de presión debido a la redirección del flujo. En consecuencia, tener los deflectores demasiado separados significa que puede haber puntos más fríos en las esquinas entre los deflectores. También es importante asegurarse de que los deflectores estén lo suficientemente cerca como para que los tubos no se comben. El otro tipo principal de deflector es el deflector de disco y rosquilla, que consta de dos deflectores concéntricos. Un deflector exterior más ancho parece una rosquilla, mientras que el deflector interior tiene forma de disco. Este tipo de deflector obliga al fluido a pasar alrededor de cada lado del disco y luego a través del deflector de rosquilla generando un tipo diferente de flujo de fluido.