Proveedores con licencias comerciales verificadas
Proveedor Auditado Los intercambiadores de calor de tubos y conchas son un sitio común en todo el mundo de la ingeniería y son uno de los dos tipos más comunes de intercambiador de calor; el otro tipo común es el intercambiador de calor de placas.
Los intercambiadores de calor de tubos y conchas tienen un diseño sencillo, características robustas y costos de compra y mantenimiento relativamente bajos. También tienen una tasa de transferencia de calor muy alta , aunque requieren más espacio que un intercambiador de calor de placas de capacidad de intercambio térmico similar.
Un intercambiador de calor de tubo y concha consiste en una serie de tubos alojados dentro de un contenedor cilíndrico conocido como un "infierno". Todos los tubos dentro de la concha se denominan colectivamente un "haz de tubos" o "nido de tubos"). Cada tubo pasa a través de una serie de deflectores y láminas de tubo (también conocidas como "pilas de tubo"). Una de las láminas de tubo es fija y una se puede mover libremente, esto permite la expansión térmica a medida que el intercambiador de calor se calienta.
El medio que fluye dentro de los tubos se conoce como el medio del "lado del tubo". El medio que fluye fuera de los tubos se conoce como el medio del "lado del infierno". Cada medio tiene una entrada y una descarga.
El medio del lado del tubo se selecciona generalmente para el líquido de alta presión ya que cada tubo puede actuar como un recipiente de presión pequeño; también es más rentable producir tubos de alta presión nominal que para producir una envoltura de alta presión nominal.
Ejemplo: Intercambiadores de calor
Un intercambiador de calor de la carcasa utiliza agua para enfriar el aceite. El aceite es el medio del lado de la cáscara mientras que el agua es el medio del lado del tubo. El aceite entra por la entrada superior izquierda y fluye a través del intercambiador de calor hasta alcanzar la descarga inferior derecha. El agua fluye a través de los tubos desde la entrada derecha hasta la descarga izquierda.
los intercambiadores de calor de la carcasa y del tubo funcionan
El intercambiador de calor de la carcasa y el tubo se divide en dos sistemas principales, denominados lado de la carcasa y lado del tubo. Cada sistema tiene un medio de flujo asociado. En nuestro ejemplo, asumiremos que el lado de la carcasa contiene aceite mineral caliente que debe enfriarse, mientras que el lado del tubo contiene agua de refrigeración.
El agua de refrigeración entra en el intercambiador de calor y fluye a través de los tubos. El aceite mineral entra en el intercambiador de calor y fluye por la carcasa que rodea los tubos. Los dos fluidos no se mezclan ya que la pared de los tubos lo impide. Debido a que los fluidos no se mezclan directamente, se produce un enfriamiento indirecto (no un enfriamiento directo).
El flujo turbulento aumenta la velocidad de transferencia de calor del intercambiador de calor y también reduce la probabilidad de que se acumulen sólidos disueltos en las paredes del tubo y de la carcasa (el flujo turbulento tiene un efecto de autolimpieza).
El flujo turbulento dentro de los tubos se crea insertando insertos de tubos (también conocidos como "turbuladores") en cada uno de los tubos. El flujo turbulento dentro de la concha es creado por deflectores, que se utilizan para dirigir el agua a través de los tubos múltiples veces a medida que viaja a través del intercambiador de calor.
Paralelo, contador y flujo transversal
Los intercambiadores de calor están disponibles en muchas formas y tamaños. Para facilitar la clasificación de los intercambiadores de calor, a menudo se dividen en grupos basados en el diseño y las características de funcionamiento. Una de estas características es el tipo de flujo.
Hay tres tipos de flujo principales, estos son paralelo, contador y flujo transversal . Debido a consideraciones de diseño y a las aplicaciones de intercambiadores de calor, es raro que un intercambiador de calor sea solo uno de estos tipos de flujo, generalmente son una combinación de varios tipos de flujo, por ejemplo, flujo transversal de contador.
El flujo paralelo ocurre cuando tanto el lado de la cáscara como el medio del lado del tubo entran en el intercambiador de calor desde el mismo extremo del intercambiador de calor y fluyen hacia el extremo opuesto del intercambiador de calor. El cambio de temperatura (T delta/ΔT) en los dos medios es igual para ambos, es decir, ambos aumentan o reducen en cierta cantidad. Tenga en cuenta que la temperatura de salida de ambos medios tiende a converger y no es posible enfriarse por debajo de este punto, aunque la temperatura de entrada del fluido más fría sea inferior a la temperatura de convergencia (la temperatura de convergencia en el gráfico siguiente es aproximadamente 80°C).
Los intercambiadores de calor de contraflujo (también conocidos como contraflujo) tienen dos medios que fluyen en una dirección contraria (180° de separación) entre sí. Cada medio que fluye entra en el intercambiador de calor en los extremos opuestos y se descarga en los extremos opuestos. Debido a que el medio refrigerador sale del intercambiador de calor de contraflujo en el extremo donde el medio caliente entra en el intercambiador de calor, el fluido refrigerador se acertará a la temperatura de entrada del fluido caliente; esto hace que el delta T potencial sea mucho mayor que el de un intercambiador de calor de flujo paralelo. Los intercambiadores de calor de contraflujo son el tipo más eficiente de intercambiador de calor.
Los intercambiadores de calor de flujo transversal tienen un medio que fluye perpendicular (a 90°) a través del otro. Los intercambiadores de calor de flujo cruzado se encuentran generalmente en aplicaciones donde uno de los fluidos cambia de estado (flujo de 2 fases). Por ejemplo, el condensador de un sistema de vapor, en el que el vapor que sale de la turbina entra en el lado de la carcasa del condensador, y el agua fría que fluye en los tubos absorbe el calor del vapor, condensándolo en agua. Grandes volúmenes de vapor pueden condensarse utilizando este tipo de flujo de intercambiador de calor.
Una manera económica y eficiente de aumentar la eficiencia de los intercambiadores de calor es poner en contacto los medios que fluyen varias veces. Cada vez que un medio pasa sobre el otro, el calor se intercambia.
Cuando un medio de flujo pasa sobre el otro solo una vez, se denomina un intercambiador de calor de "paso único".
Comúnmente, el intercambiador de calor de paso múltiple invierte el flujo en los tubos mediante el uso de uno o más conjuntos de curvas "U" en los tubos. Las curvas en "U" permiten que el fluido fluya hacia adelante y hacia atrás a lo largo del intercambiador de calor. Este tipo de intercambiador de calor se conoce como un intercambiador de calor de tubo en U y de tubo.
Ventajas
Desventajas
Placa de partición
La placa de separación separa las mitades inferior y superior del intercambiador de calor. La partición desvía el medio que fluye a través de los tubos. Entrada / descarga Entrada o descarga del medio fluido que fluye a través de los tubos o la carcasa del intercambiador de calor.
Carcasa/carcasa
La carcasa/carcasa se utiliza para contener el medio de flujo y las piezas internas de la carcasa. También sirve como una pieza estructural fuerte sobre la cual se pueden adjuntar otras piezas. Placa de cubierta la placa de cubierta se utiliza para sellar un extremo de la carcasa y evitar fugas.
Junta
Se coloca una junta entre dos superficies metálicas. La junta suele estar hecha de papel o goma y se "separa" entre los metales para crear un sello. La junta evita fugas.
La forma de la junta también evita fugas alrededor de la placa de partición.
Hoja de tubos estacionaria
La hoja de tubo se asienta dentro de la concha y soporta los extremos de los tubos. El peso de los tubos es entonces más sostenido por los deflectores (dependiendo del diseño).
Deflectores
Los deflectores se utilizan para cambiar el flujo direccional del medio fluido. El cambio de dirección garantiza una distribución uniforme del calor en todo el intercambiador de calor. La eficiencia disminuye cuando el flujo a través del intercambiador de calor no está distribuido uniformemente.
Perno
Las tuercas y los pernos se utilizan para fijar las piezas del intercambiador de calor. Los pernos elegidos deben tener características de resistencia a la tracción y a la corrosión adecuadas. Los pernos son la parte "ale" de un conjunto de tuerca y perno.
Tuerca
Las tuercas y los pernos se utilizan para fijar las piezas del intercambiador de calor. Las tuercas elegidas deben tener una resistencia a la tracción y a la corrosión adecuadas.
Las tuercas son la parte "hembra" de un conjunto de tuerca y perno.
Barras de amarre
Las barras de amarre se utilizan como guías para los deflectores para garantizar que no se produzca ningún movimiento axial o giratorio de los deflectores.
Tubos
Uno de los medios de fluidos fluye directamente a través de los tubos, mientras que el otro fluye turbulentemente por el exterior. El calor se intercambia entre los dos medios debido a la proximidad (el calor se intercambia por conducción a las paredes del tubo y luego más allá al medio exterior).
Vaciado
Los tubos, deflectores y barras de amarre están todos alojados dentro de la carcasa (carcasa). Es la construcción de la concha y del tubo que da este tipo de intercambiador de calor su nombre.
La norma TEMA está diseñada para ser aplicable a los intercambiadores de tubos y carcasas que no superen ninguno de los siguientes criterios:
En teoría, esto significa que cualquier intercambiador de calor de tubo y de vaciado que se encuentre fuera de estos parámetros no está completamente cubierto por el estándar. Aunque, la sección final sobre buenas prácticas recomendadas proporciona información para unidades con diámetros más grandes y la norma establece que los criterios "pueden aplicarse a unidades que superen los parámetros anteriores". *
La norma TEMA no cubre los métodos de diseño térmico-hidráulico para intercambiadores de calor. Las empresas de diseño y fabricación, como Sterling TT, utilizan sus propios sistemas para ello.
Por último, el estándar de TEMA es un estándar de fabricación. Esto significa que es ideal para usarse junto con códigos de diseño, como ASME
Proveedores con licencias comerciales verificadas
Proveedor Auditado 
