Intercanviador de calor amb carcassa i tub: dispositiu, finalitat i característiques del dispositiu

L’intercanviador de calor amb carcassa i tub és un tipus d’aparells d’enginyeria tèrmica i fa la funció de transferir calor del refrigerant a la substància escalfada. Depenent de el cas específic, el paper de l'refrigerant pot ser vapor o líquid. Fins a la data, el model de caixa i tub de l’escalfador ha rebut l’ús més estès.

Un intercanviador de calor és un dispositiu bastant complex que s’utilitza com a condensador, escalfador o evaporador

Àrees d’ús

La producció d’aquests dispositius va començar a principis del segle XX. Això es va deure al fet que les estacions tèrmiques necessitaven escalfadors de gran superfície que funcionessin a alta pressió.

Els escalfadors de cargols i tubs s’utilitzen en moltes indústries, incloent:

• Indústria del petroli i del gas;
• producció química;
• industria alimentària.

Gairebé totes les produccions s’associen a la generació o absorció de calor, per tant, els intercanviadors de calor tenen demanda en diversos camps de l’activitat humana. Depèn del seu disseny i propietats el rendiment dels equips a les empreses, així com el funcionament dels aparells d’aire condicionat i calefactors domèstics, radiadors de refrigeració en cotxes, etc.

Nota! Els escalfadors d’aquest tipus s’utilitzen més sovint per refrigerar fluids de treball i per escalfar el refrigerant per al funcionament de les bombes de calor.

Els intercanviadors de calor de carcassa i tubs són àmpliament utilitzats com a condensadors i també per evaporators. Avui, gràcies al desenvolupament de tecnologies industrials, el disseny d’intercanviadors de calor s’ha anat avançant i es continua modernitzant.

Avantatges i desavantatges dels intercanviadors de calor entre closques i tubs

Des d'un punt de vista estructural, els intercanviadors de calor d'aquest tipus són similars als primers models que es van produir a principis de segle XX. La modernització d’aquests dispositius va afectar només alguns elements, però, la base va romandre inalterada. Els materials moderns que s'utilitzen per a escalfadors de tubs i tubs poden millorar les seves propietats operatives.

En la fabricació d’intercanviadors de calor s’utilitzen materials moderns que milloren notablement la qualitat dels dispositius acabats

Els intercanviadors de calor de cargols i tubs es distingeixen per una quantitat de qualitats positives, cosa que els permet seguir sent elements indispensables de diverses indústries fins avui:

• resistència al martell d’aigua del sistema;
• la capacitat de treballar amb entorns contaminats;
• taxes de transferència de calor baixes;
• bon rendiment;
• resistència al desgast;
• manteniment;
• resistència a alta pressió;
• resistència a productes químics agressius;
• seguretat operativa;
• fiabilitat i durabilitat.

Els escalfadors d’aquest tipus tenen els seus inconvenients, incloent:

• dimensions força grans;
• alt preu.

El dispositiu i principi de funcionament

L’intercanviador de calor amb carcassa i tub inclou diversos elements estructurals. Considereu els principals:

• carcassa (habitatge);
• cambres de distribució i guia;
• sistema de tub intern;
• làmines de tub;
• envans i segells.

Aquest model de dispositiu es distingeix per la presència d’una carcassa que amaga les canonades internes, d’aquí el nom de “closca i tub”

Dues broquetes estan soldades al cos. Un d’ells s’encarrega del subministrament de l’entorn de treball, i l’altre de la conclusió. Les brides especials es solden als extrems de la caixa.

A més, l’estructura d’un escalfador inclou fulles de tub, entre les quals es solden canonades, equipades amb reixetes remotes. Aquest disseny forma el sistema de canonades del recuperador i permet que el calefactor sigui multi-pass.

S’introdueixen dues broquetes a la part inferior del recuperador, que, de la mateixa manera que les broquetes de la caixa, realitzen les funcions d’entrada i sortida. La part inferior del recuperador està equipada amb brides. Les brides del recuperator són brides d’aparellament de l’habitatge. El sistema de canonades d'aquest dispositiu s'insereix a la carcassa. Les reixes es fixen mitjançant elements de tancament especials i cargols entre les brides del recuperador i la carcassa. Això permet, si cal, reparar perfectament qualsevol element del dispositiu de closca i tub.

El principi de funcionament d’aquest tipus de calefactor és el següent: el medi calent i fred circula per dos canals diferents. El procés de transferència de calor es realitza entre les parets d’aquests canals.

Tipus d’intercanviadors de calor de closca i tub

L’escalfador de carcassa i tub és força complex, des del punt de vista estructural, l’aparell i té diverses varietats que val la pena prestar atenció. Degut a les característiques de disseny (la presència d’un recuperador), els dispositius de closca i tub es classifiquen en un tipus regenerador.

Els intercanviadors de calor amb conca i tubs són un tipus regeneratiu d'aparells similars.

A més, depenent de la direcció del moviment del mitjà de treball, els calefactors de tub i tub es divideixen en els següents tipus:

• flux directe;
• flux creuat;
• contraflux.

El model de carcassa i tub ha rebut el seu nom a causa del fet que les canonades per on circula el refrigerant es posen dins de la caixa. La velocitat del medi de treball depèn del nombre de tubs situats a la caixa. Al seu torn, com més gran sigui la velocitat, més alta és la velocitat de transferència de calor del dispositiu.

Considereu els materials bàsics a partir dels quals es fabriquen aquests escalfadors:

• acer aliatge;
• acer inoxidable;
• acer d'alta resistència.

Els tubs d'aquests dispositius es poden fer dels materials següents:

• acer;
• coure;
• llautó;
• titani.

L’ús d’aquests materials es deu al fet que els intercanviadors de calor s’acostumen a operar en condicions dures i entren en contacte amb substàncies agressives que poden provocar corrosió.

Els intercanviadors de calor estan fets de materials que presenten una gran resistència a la corrosió, com ara el titani o l'acer inoxidable.

Important! L’acer convencional no és adequat per a un intercanviador de calor entre closques i tubs perquè té una baixa resistència a la corrosió.

Els models de carcassa i tub es divideixen també en tipus. Avui hi ha 4 tipus d’aquests dispositius:

• un escalfador equipat amb un compensador de caixa de temperatura;
• escalfador amb tubs estàtics (fixos);
• dispositiu amb tubs en forma d’U i en forma de W;
• dispositiu de capçal flotant

Els escalfadors de cargols i tubs es poden situar a l’espai horitzontalment, verticalment o a un angle determinat.

Augment del coeficient de transferència de calor

La indústria no s’atura, actualitzant constantment intercanviadors de calor. Es millora les característiques tècniques mitjançant els següents mètodes:

• creació de fluxos turbulents;
• la implementació d’insercions en espiral, degut a les quals es forma un flux longitudinal i transversal al voltant dels tubs;
• producció de perfils i canonades retorçades;
• l’ús de barreges, que inclouen líquids i gasos;
• crear vibracions de superfícies responsables de la transferència de calor;
• flux pulsatiu de l’entorn de treball.

Els mètodes anteriors poden augmentar el coeficient de transferència de calor. També és habitual utilitzar diversos mètodes alhora. Aquesta combinació pot augmentar significativament les característiques operatives d’un escalfador de tub i tub d’un factor de 2-3. També convé destacar que alguns mètodes no només augmenten les taxes de transferència de calor, sinó que també poden realitzar altres funcions útils. Per exemple, els fluxos turbulents impedeixen la formació de dipòsits de sal a les parets interiors de les canonades, cosa que elimina l’estretor del lumen dels tubs.

La millora contínua del disseny de l’intercanviador de calor permet augmentar la transferència de calor i augmentar les característiques operatives

Consells sobre la selecció de l'intercanviador de calor

El programa de càlcul de calefactor de tubs i tubs necessita una declaració clara de les dades inicials. Un bon dispositiu recuperador requereix un circuit ben definit. Hi ha diversos punts a tenir en compte a l’hora d’escollir un intercanviador de calor de closca i tub. Aquestes disposicions són molt importants per als càlculs.

En primer lloc, cal destacar que per als refrigerants líquids i gasosos, hi ha una velocitat de circulació específica pels tubs. Com s'ha esmentat anteriorment, com més gran sigui la velocitat, millor transferència de calor, respectivament. Per a medis líquids, la velocitat oscil·la entre 0,6 i 6 m / s. Per a medis gasosos, la velocitat pot ser de 3 a 30 m / s. Tot i això, la quantitat d’energia gastada també depèn de la velocitat, per tant, en alguns casos, es subestima la velocitat del refrigerant per reduir el consum d’electricitat.

A l’hora d’escollir tubs, heu d’estar atents al material del qual estan fets, així com al seu diàmetre. El material dels tubs es selecciona en funció del medi de treball que circularà per ells. Cal recordar: com més medi ambient sigui agressiu, més fiable hauria de ser el material del tub.

Important! Si el sistema es netejarà amb àcid, es recomana triar tubs d’acer inoxidable. L’acer inoxidable es caracteritza per altes propietats anticorrosió, té una excel·lent resistència a reactius agressius i, a més, té un coeficient baix de conductivitat tèrmica.

Els intercanviadors de calor amb cargols i tubs són dispositius força voluminosos, per tant, a l’hora d’escollir-los, convé tenir en compte les seves mides, de manera que en el futur no hi haurà problemes amb el seu transport i instal·lació.

Els dispositius sobredimensionats tenen un pes important, cosa que augmenta els costos de transport

També cal tenir en compte que, després de les obres d’instal·lació, hi ha d’haver un espai suficient davant del recuperador per poder realitzar reparacions operatives del dispositiu si cal. Hi hauria d’haver prou espai perquè el sistema de canonades es pugui treure de l’allotjament. L’intercanviador de calor entre closques i tubs ha de tenir un disseny que tingui en compte l’accés lliure no només als elements principals, sinó també a altres recanvis. Això és especialment important per als dispositius de control.

Consells sobre funcionament de l’intercanviador de calor de tubs i petxines

Intercanviadors de calor d’aquest tipus, tot i que són dispositius força poc pretensius, però, tard o d’hora necessiten neteja o reparació preventiva.

La reparació de l’intercanviador de calor comporta algunes conseqüències, sovint es tracta d’una disminució del coeficient de transferència de calor. La part més vulnerable del calefactor de carcassa i tub és el tub. Per regla general, són ells els que provoquen l’avaria. Els experts aconsellen adquirir-los amb un marge, coneixent aquesta característica dels intercanviadors de calor. A més, sovint es plantegen problemes quan aquests dispositius estan regulats per condensat. Qualsevol canvi comporta desviacions a la zona de transferència de calor. Els canvis en l'àrea de transferència de calor solen ser no lineals.

Fer un dispositiu amb les vostres mans és bastant difícil i, en alguns casos, és impossible. L’intercanviador de calor de closca i tub és un equipament molt complex, la producció del qual requereix una estricta adherència al procés tecnològic, que inclou moltes etapes.