Cada uno de nosotros se ha encontrado con los intercambiadores de calor más simples. Un ejemplo llamativo de esto es el diseño de "tubería en tubería" o algo así. Sería difícil imaginar nuestra vida si no se hubiera inventado el intercambiador de calor. Hoy en día hay una gran cantidad de intercambiadores de calor. Se diferencian entre sí no solo en las características técnicas, sino también en el alcance, el diseño, etc. Hablemos con más detalle sobre este tema y tratemos puntos interesantes.
Información general
Un intercambiador de calor es un dispositivo que se utiliza para transferir calor de un medio a otro. Al mismo tiempo, debe comprender que el intercambiador de calor en sí mismo, sin equipo de calefacción, es completamente inútil, pero en el complejo puede obtener resultados maravillosos y calentar con éxito incluso habitaciones muy grandes y frías. Además, los científicos han tratado constantemente de minimizar la pérdida de calor cuando se transfiere a otro entorno. Hoy no es posiblepresumir de una eficiencia del 100%, pero podemos hablar con seguridad sobre la eficiencia del 90-95%. Las características operativas y técnicas del producto aumentan mediante el uso de materiales especialmente preparados, así como un refrigerante. Por supuesto, todo esto aumenta un poco el precio del equipo, pero vale la pena.
Al diseñar, los ingenieros se enfrentan constantemente a requisitos en conflicto que deben combinarse en una sola botella. Por ejemplo, es necesario reducir la resistencia hidráulica y al mismo tiempo aumentar el coeficiente de transferencia de calor. El intercambiador de calor debe ser resistente a la corrosión, pero no demasiado difícil de mantener. Todo esto llevó al hecho de que aparecieron muchos tipos de intercambiadores de calor. Se utiliza el que mejor se adapta a la situación.
Clasificación de intercambiadores de calor
Como se indicó anteriormente, actualmente hay una gran cantidad de intercambiadores de calor. En primer lugar, deben separarse según el método de transferencia de calor al medio. Aquí los intercambiadores de calor se dividen en los siguientes grupos:
- recuperativo;
- regenerativo;
- mezclar;
- calentado eléctricamente.
Echemos un vistazo más de cerca a los intercambiadores de calor recuperativos. El diseño del producto implica la presencia de una pared de una o varias capas a través de la cual se transfiere el calor. Por lo general, esto sucede ya en movimiento constante. Es interesante que en tales dispositivos, la transferencia de calor se realiza con movimiento forzado sin cambiar la fase.estados Pero esto se aplica solo a los intercambiadores de calor que funcionan permanentemente. Si hablamos de unidades con un modo de funcionamiento periódico, durante un cierto período de tiempo se llevan a cabo el calentamiento, la evaporación y el enfriamiento, y todo esto en modo secuencial. Dichos dispositivos pertenecen a intercambiadores de calor con movimiento térmico inestable. Esto se debe al hecho de que la temperatura del refrigerante en la entrada y la salida es significativamente diferente. A menudo, tales agregados se encuentran en forma de bobinas y son laminares, acanalados y otras formas. Un poco más adelante veremos varios tipos. Pero la clasificación de los intercambiadores de calor no termina ahí.
Unidades de regeneración y calefacción eléctrica
En este caso, al igual que en el anterior, la superficie de intercambio de calor se utiliza para transferir energía térmica. Sin embargo, esta superficie es una especie de boquilla. Desempeña el papel de un medio acumulativo intermedio que acumula calor. En general, todo el proceso se puede dividir en varias etapas. En la primera etapa, la boquilla percibe una cierta cantidad de calor. Luego hay una transición a la segunda etapa y el refrigerante se transfiere sobre la superficie de la boquilla. Esto sucede cuando se cambia el flujo de refrigerante. En esta etapa, la boquilla se enfría gradualmente y el calor acumulado se libera en el ambiente calentado, que puede ser su habitación.
Los regeneradores son unidades no estacionarias. La boquilla a menudo está inmóvil y los procesos térmicos se repiten sincrónicamente. Los dispositivos de este tipo a menudo se denominan depuradores otorres de refrigeración.
La esencia de los intercambiadores de calor calentados eléctricamente es que la electricidad se utiliza como fuente principal de calor. Las instalaciones de arco eléctrico se utilizan para convertir la energía eléctrica en energía térmica. Pueden ser tanto de calentamiento directo como indirecto. Los intercambiadores de calor más comunes en la industria son los calentadores de inducción y resistencia. Como puede ver, los equipos de intercambio de calor pueden ser diferentes, ahora veremos más de cerca cada tipo, su alcance y características de diseño.
Intercambiadores de calor en espiral
El dispositivo es un par de canales en espiral. Suelen enrollarse alrededor de la partición central. Para ello, están hechos de material enrollado. Vale la pena señalar que los intercambiadores de calor en espiral son muy adecuados para calentar y enfriar fluidos con una alta viscosidad.
En general, la superficie de calentamiento está formada por dos láminas de metal, que se unen al núcleo por medio de una soldadura. La unidad en sí consta de solo 2 canales, generalmente rectangulares, hechos en forma de espiral. El extremo de la espiral (interno) tiene una pared divisoria y se fija con pasadores. Los intercambiadores de calor se pueden hacer tanto verticales como horizontales. Si no es posible instalar un tipo debido a espacio insuficiente o una configuración compleja de la habitación, entonces se usa el segundo, más preferible. También es interesante que el consumidor pueda elegir espiralintercambiadores de calor con diferentes anchos de espiral, de 20 a 150 centímetros. Al mismo tiempo, la superficie de calentamiento puede variar de 3,2 a 100 metros cuadrados con una presión máxima del sistema de 1 MPa.
Cabe señalar que este equipo de intercambio de calor tiene una serie de ventajas significativas. En primer lugar, es una resistencia hidráulica reducida. Segundo, compacidad y alta eficiencia e intensidad de transferencia de calor. Pero todo esto contribuyó al hecho de que hubo inconvenientes en forma de un diseño y reparación complejos.
Acerca de los intercambiadores de calor de placas
Actualmente se fabrican intercambiadores de calor de placas plegables y no separables. Naturalmente, el primer tipo es más preferible debido a muchas razones. En primer lugar, es la facilidad de mantenimiento. Dicho equipo se desmonta y monta muy rápidamente, por lo que cualquier avería se elimina en poco tiempo. Los modelos no separables no suelen repararse y, si lo hacen, mucho más tiempo.
En realidad, el nombre sugiere que este equipo consiste en un paquete de placas prefabricadas. Pueden estar hechos de varios materiales como cobre, titanio, grafito, etc. Casi siempre, para mejorar las propiedades de rendimiento, las placas se hacen corrugadas. En los intercambiadores de calor de placas, los flujos de refrigerante frío y caliente pasan por capas.
El equipo en sí es bueno porque tiene un diseño competente. Esto hizo posible aumentar el área de la superficie de intercambio de calor y encajar todo esto en dimensiones relativamente pequeñas. En cualquier caso, antes de comprar, se realiza un cálculo de intercambiadores de calor, lo que le permite obtener datos sobre cuánta energía necesita el dispositivo en un caso particular. Debe entenderse que todas las placas que se juntan en un paquete forman canales entre sí debido a la misma forma. El fluido fluye a través de ellos. Bueno, ahora veremos algunos detalles más interesantes que se relacionan con este equipo.
Uso de juntas
Como se señaló anteriormente, el elemento principal de la transferencia de calor son las placas. Están estampados en frío. Para esto, se utilizan aleaciones resistentes a la corrosión, que pueden aumentar significativamente la durabilidad y la eficiencia de la unidad. El grosor de las placas, según el modelo, puede variar de 0,4 a 1,0 mm. En la posición de trabajo, las placas están fuertemente presionadas una contra la otra. En este caso, se forman pequeños canales ranurados. En la parte frontal hay una ranura especial, allí se instala una junta de goma (sello). Además, las juntas tienen orificios que son necesarios para el suministro y extracción de fluido. En caso de que se rompa uno de los orificios, se proporciona un sistema de ranuras de drenaje para evitar la mezcla de medios fríos y calientes.
Debido a la creación de una contracorriente entre los dos medios, fue posible lograr no solo una mejora en la temperatura establecida, sino también una transferencia de calor más rápida con resistencias hidráulicas relativamente pequeñas. No estaría de más decir que el principio básico de funcionamiento se basa en contracorriente, es decir, el movimiento de calentamiento yfluido de calentamiento en diferentes direcciones. Para evitar la mezcla, se instala un sello de goma doble o una placa de metal. El número de placas y canales puede variar según los requisitos operativos del equipo. Antes de la creación, se realiza un cálculo térmico de los intercambiadores de calor, lo que permite determinar el modo óptimo de funcionamiento. A veces se utilizan aleaciones caras que no temen el funcionamiento a largo plazo en un entorno agresivo.
Intercambiadores de calor de placas y aletas
Los PRT se utilizan para transferir calor en medios no agresivos y gaseosos en un amplio rango de temperatura, de -270 a +200 grados centígrados. En este caso, la presión en el sistema puede alcanzar las 100 atmósferas y partir del vacío. El diseño se basa en la idea de aplicar una superficie nervada a ambos lados de las placas. El producto en sí consta de varias nervaduras, gracias a las cuales se lleva a cabo la transferencia de calor entre los medios. Vale la pena señalar que es el intercambiador de calor de placas con aletas el que tiene una amplia variedad de formas de aletas. Esto le permite cambiar ligeramente las características operativas y técnicas. La mayoría de las veces se pueden ver costillas continuas y onduladas. Pero además de estos, también los hay más exóticos, como los perforados y escamosos. La chapa de metal se utiliza generalmente como material. Su espesor es ajustable dependiendo de la presión en el sistema y el fluido utilizado.
A menudo, estos tipos de intercambiadores de calor se fabrican con diferentes tipos de flujo. La mayoría de las veces, se usa el contraflujo, pero también haycircuitos directos y cruzados. Si hablamos brevemente sobre los puntos fuertes de dicho equipo, entonces hay muchos de ellos. En primer lugar, se trata de propiedades operativas, como una transferencia de calor rápida e intensiva. En segundo lugar, es de tamaño pequeño. Hoy en día, muchos dicen que los intercambiadores de calor con aletas son los más avanzados. Muy a menudo, PRT se utiliza en industrias como la energía, la refinación de petróleo, la industria química y la aviación. Todo esto se debe a una gran cantidad de ventajas, así como a una amplia gama de fluidos y presiones que se utilizan en el sistema.
Intercambiador de calor de carcasa y tubos: diseño y características
Los equipos de intercambio de calor de superficie, que ya hemos revisado, no son tan populares como las unidades de carcasa y tubos. Estos son solo los dispositivos que se mencionaron al principio, en la versión más simple: este es el sistema "tubería en tubería". Un intercambiador de calor de este tipo es un sistema (haz) de tubos que se colocan en una carcasa. Los tubos se enrollan y se sueldan al cuerpo del producto. En algunos casos, se escaldan adicionalmente. Esto se hace para garantizar el 100% de estanqueidad. El cuerpo se suministra con boquillas adicionales. Algunos son necesarios para suministrar vapor, otros para la eliminación de condensados. Además, hay rejillas transversales en la carcasa, que se utilizan para soportar los tubos de intercambio de calor a lo largo de toda la unidad. Curiosamente, los intercambiadores de calor de carcasa y tubos se utilizan a temperaturas de 190 grados centígrados opresiones de vapor saturado superiores a 15 bar.
Cualquier sistema que involucre movimiento de fluidos puede estar sujeto a golpes de ariete. Este fenómeno es capaz de desactivar parcial o totalmente el equipo. Para evitar que esto suceda, se utilizan varios tipos de elementos de almacenamiento, los llamados tanques de expansión. Pero en nuestro caso, esto no es necesario, porque los intercambiadores de calor de carcasa y tubos son muy resistentes a ellos. Además, no hay requisitos estrictos para la limpieza del medio ambiente. Una desventaja significativa de dicho equipo es que todos los tipos de intercambiadores de calor de este tipo son muy intensivos en metal, lo que afecta el costo final y las dimensiones.
Intercambiadores de calor para equipos de gas
No es ningún secreto que cualquier caldera de combustible sólido o gas tiene un intercambiador de calor en su diseño, también se les llama calentadores. Ya hemos considerado los tipos principales. Como probablemente haya notado, estos o aquellos tipos se utilizan en diversas industrias. Algunos dispositivos han encontrado una aplicación más amplia, otros se usan en ciertas industrias y no se ajustan a otras. En nuestro caso se lleva a cabo el uso de intercambiadores de calor tubulares y de placas. En el primer caso, estamos tratando con un sistema de tubos, en el segundo, con placas. En principio, independientemente del tipo, un intercambiador de calor para un géiser debe cumplir una serie de requisitos. En primer lugar, tener un alto coeficiente de transferencia de calor y, en segundo lugar, ser duradero y resistente a altas temperaturas. Los materiales más populares son el cobre, el aluminio yacero. La última opción es menos preferible, ya que dicho metal es pesado, lo que reduce la eficiencia. En cualquier caso, el intercambiador de calor del géiser debe servir al menos 5 años.
Conclusión
Así que revisamos los principales tipos de intercambiadores de calor. Especies como la concha y el plato quedaron sin atención. En principio, se diferencian ligeramente de las clásicas lamelares o acanaladas. Pero a menudo puede encontrar estufas de baño con un intercambiador de calor con una carcasa. Sin embargo, la característica clave es que el equipo es resistente a altas temperaturas y presiones de operación. La carcasa puede estar hecha de materiales como titanio, acero inoxidable o acero al carbono. Es interesante que las estufas de baño con intercambiador de calor de carcasa y placas estén bien reguladas para vapor o condensado, lo que, sin duda, es una ventaja importante. En principio, esto puede completar la historia, ya que ahora sabes todo lo que necesitas sobre los intercambiadores de calor.
