1. Intercambiador de calor tubular
Principio
Cada segmento del recubrimiento se denomina "pasada única". El tubo interior (tubo de transferencia de calor) del paso está conectado mediante tubos acodados en forma de U, mientras que el tubo exterior está conectado en filas con tubos cortos y se fija en el soporte. El calor se transfiere de un fluido a otro a través de la pared del tubo interior. Normalmente, el fluido caliente (Fluido A) se introduce a través de la sección superior y el fluido frío (Fluido B) se introduce a través de la sección inferior. Ambos extremos del tubo exterior de la carcasa están conectados al tubo interior mediante soldadura o bridas. El tubo interior y el tubo acodado en forma de U están conectados mediante bridas, lo que facilita la limpieza y aumenta o disminuye los tubos de transferencia de calor. La longitud efectiva de cada tubo de transferencia de calor es de 4 a 7 metros. El área de transferencia de calor de este intercambiador de calor puede alcanzar hasta 18 metros cuadrados, lo que lo hace adecuado para el intercambio de calor a pequeña escala.
Ventaja:
Tiene una estructura simple y puede soportar alta presión, lo que lo hace adecuado para diversas aplicaciones. Además, el área de transferencia de calor se puede ajustar fácilmente para satisfacer diferentes necesidades.
Desventajas:
Existen numerosas uniones entre tuberías que son propensas a sufrir fugas. Además, ocupa una cantidad significativa de espacio y requiere una cantidad sustancial de metal por unidad de superficie de transferencia de calor.
2. Intercambiador de calor de cabezal flotante
Principio
La estructura de un intercambiador de calor de cabezal flotante consta de un cilindro, una brida lateral de la cubierta exterior del cabezal, una placa del tubo del cabezal flotante, un anillo de gancho, una cubierta del cabezal flotante, una cubierta exterior del cabezal, orificios para tornillos, un anillo de acero y más. El diseño del cabezal flotante con velcro se muestra en la ilustración adjunta.
Ventaja:
Cuando hay una diferencia de temperatura entre el tubo de intercambio de calor y la carcasa, la carcasa o el tubo de intercambio de calor no se inhibirán entre sí y no crearán estrés por diferencia de temperatura. El haz de tubos se puede retirar de la caja para facilitar la limpieza del interior y entre los tubos.
Desventajas:
La estructura es compleja, lo que conlleva una gran cantidad de materiales y costes. Si el sello entre la cubierta del cabezal flotante y la placa del tubo flotante no está apretado, puede causar fugas internas, lo que provocará que los dos medios se mezclen.
3. Intercambio de calor de serpentín sumergido
Principio
Este tipo de intercambiador de calor forma tubos metálicos con varias formas adecuadas para el recipiente y los sumerge en el líquido dentro del recipiente.
Ventaja:
Tiene una estructura simple y puede soportar altas presiones, y también puede estar fabricado con materiales resistentes a la corrosión.
Desventajas:
El grado de turbulencia del líquido en el recipiente es bajo y el coeficiente de transferencia de calor en el exterior del tubo es pequeño. Para mejorar el coeficiente de transferencia de calor, se puede instalar un agitador en el recipiente.
4. Intercambiador de calor de placas
Principio
El Intercambiador de Calor de Placas es un equipo ideal para realizar el intercambio de calor entre líquidos y entre un líquido y un vapor. Se trata de un intercambiador de calor de alta eficiencia formado por una serie de láminas de metal corrugado.
El principio estructural del intercambiador de calor de placas consiste en múltiples láminas corrugadas presionadas entre sí en un intervalo fijo, selladas con juntas y mantenidas en su lugar mediante marcos y pernos de compresión. Las cuatro esquinas de las placas y juntas forman los tubos de distribución y recogida de fluidos. Los fluidos fríos y calientes se separan y fluyen a través de canales de flujo a ambos lados de cada placa, donde se produce el intercambio de calor entre las placas.
5. Intercambiador de calor de anillo de compensación
Principio
El intercambiador de calor consta de un deflector, un anillo de compensación y una boquilla de liberación de calor. Cuando el fluido intercambia calor a alta temperatura, el anillo de compensación elimina el estrés térmico causado por la gran diferencia de temperatura entre la carcasa y el haz de tubos, que resulta de diferentes tasas de expansión térmica.
6. Intercambiador de calor de placas y aletas
Principio
El intercambiador de calor de placas con aletas es un dispositivo de transferencia de calor eficiente, compacto y liviano. En el pasado, su alto costo de fabricación limitaba su uso a unas pocas industrias, como la aeroespacial, la electrónica y la energía atómica. Sin embargo, se ha ido adoptando gradualmente en los sectores petroquímico y otros sectores industriales. Hay varias formas estructurales de intercambiadores de calor de placas con aletas, pero los elementos básicos siguen siendo los mismos: dos delgadas placas metálicas paralelas con aletas metálicas corrugadas o moldeadas agregadas entre ellas para sellar los lados, formando una unidad básica de intercambio de calor.
Ventaja:
- Alta eficiencia de transferencia de calor y buen control de temperatura.
- Las aletas son delgadas, compactas y pequeñas.
- Las aletas tienen una superficie de transferencia de calor y función de soporte y tienen alta resistencia.
Desventajas:
- El paso de flujo es estrecho, fácil de bloquear y difícil de limpiar.
- El diafragma y las aletas son muy finos, por lo que es necesario que el medio no corroa el aluminio. Si se corroe, provocará fugas internas que son difíciles de reparar.
- La compleja estructura dificulta el proyecto.
7. Intercambiador de calor de camisa
Principio
Se instala una camisa en la pared exterior del contenedor, creando un espacio entre la camisa y el contenedor que sirve como camino para calentar o enfriar el medio. Sin embargo, la superficie de transferencia de calor está limitada por la pared del recipiente, lo que da como resultado un coeficiente de transferencia de calor bajo. Para mejorar el coeficiente y garantizar un calentamiento uniforme del líquido en el recipiente, se puede instalar un agitador. Además, se pueden instalar en la camisa deflectores en espiral u otras medidas que mejoren la turbulencia cuando se introduce agua de refrigeración o agentes calefactores que no cambian de fase, aumentando aún más el coeficiente de transferencia de calor en un lado de la camisa.
Ventaja:
Estructura simple y procesamiento conveniente.
Desventajas:
Pequeña área de transferencia de calor y baja eficiencia de transferencia de calor.
8. Intercambiador de calor de tubo en U
Principio
El intercambiador de calor tubular en forma de U está compuesto por tubos de intercambio de calor doblados en forma de U, con ambos extremos fijados a la misma placa de tubos. La carcasa y los tubos de intercambio de calor están separados, lo que permite que el haz de tubos se expanda y contraiga libremente sin generar tensión por diferencia de temperatura. Este intercambiador de calor tiene una estructura sencilla, con sólo una placa tubular y sin cabezal flotante. El haz de tubos se puede extraer e instalar fácilmente para su limpieza, lo que hace que su uso sea cómodo.
Sin embargo, la forma de U de los tubos con diferentes radios de curvatura significa que, si está dañado, sólo se puede sustituir el tubo de intercambio de calor más exterior, mientras que los demás deben bloquearse. Además, el espacio en el centro del haz de tubos causado por el radio de curvatura limitado de los tubos de intercambio de calor puede provocar un cortocircuito del fluido, afectando el rendimiento de la transferencia de calor.
Característica
Las ventajas de un intercambiador de calor tubular en forma de U incluyen:
- El haz de tubos puede flotar libremente sin preocuparse por el estrés de la diferencia de temperatura, lo que lo hace adecuado para escenarios de alta diferencia de temperatura;
- Tiene una estructura sencilla con menos bridas y posibles puntos de fuga, al tener una sola placa tubular;
- El haz de tubos se puede limpiar fácilmente extrayendo el núcleo;
- Sin embargo, debido al radio de curvatura mínimo de los tubos en forma de U, la distancia de división es mayor y por tanto hay menos tubos;
- Los altos caudales en las tuberías pueden provocar una grave erosión de la sección del codo en forma de U, reduciendo la vida útil del intercambiador.
- Limpiar el interior de los tubos en forma de U puede resultar difícil, por lo que el entorno interno debe estar limpio y no sujeto a incrustaciones.
Ventaja:
La estructura es simple, con una sola placa tubular y menos superficies de sellado, lo que garantiza un funcionamiento confiable y de bajo costo. El haz de tubos se puede quitar fácilmente para una limpieza cómoda entre tubos.
Desventajas:
El tubo es difícil de limpiar;
Debido al requisito de un cierto radio de curvatura, la tasa de utilización de la placa tubular es baja;
El espacio entre los tubos más internos del haz de tubos es grande, lo que provoca la posibilidad de que se produzcan cortocircuitos en el lado de la carcasa;
Si el tubo interior se rompe, no se puede reemplazar y debe bloquearse, lo que genera una alta tasa de desechos.
9. Intercambiador de calor tubular
Principio
El intercambiador de calor tubular es actualmente el tipo de intercambiador de calor más utilizado en la industria química y en la producción de alcohol. Consta de componentes como carcasa, placa de tubos, tubos de intercambio de calor, cabezal y deflector. Los materiales utilizados pueden ser acero al carbono común, cobre rojo o acero inoxidable.
En el proceso de intercambio de calor, un fluido ingresa a través de un tubo de conexión en el cabezal, fluye a través de los tubos y sale por el tubo de salida en el extremo opuesto del cabezal, conocido como el lado del tubo.
Mientras tanto, otro fluido entra a través de un tubo de conexión en la carcasa y sale a través de otro tubo de conexión, conocido como lado de la carcasa en un intercambiador de calor tubular.
10. Intercambiador de calor de placas en espiral
Principio
El intercambiador de calor de placas en espiral es un equipo de intercambio de calor nuevo, eficiente y estable que puede funcionar bien con múltiples unidades. Tiene una alta eficiencia de transferencia de calor y una gran confiabilidad de operación, con baja resistencia.
Sin embargo, el intercambiador de calor de placas en espiral requiere soldadura de alta calidad y puede resultar difícil de reparar. Además, debido a su gran peso y baja rigidez, se debe tener especial cuidado durante el transporte y la instalación.
11. Intercambiador de calor por pulverización
Principio
Este tipo de intercambiador de calor implica unir tubos de intercambio de calor en filas a una estructura de acero. El fluido caliente fluye dentro de los tubos, mientras que el dispositivo de pulverización de arriba distribuye uniformemente el agua de refrigeración. También se le conoce como enfriador por aspersión.
El coeficiente de transferencia de calor fuera del tubo es significativamente mayor que el de un intercambiador de calor de inmersión debido a la presencia de una capa de película líquida de alta turbulencia fuera del tubo. Además, estos intercambiadores de calor suelen colocarse en áreas con circulación de aire, y la evaporación del agua de refrigeración también elimina parte del calor, lo que ayuda a reducir la temperatura del agua de refrigeración y aumenta la fuerza impulsora de la transferencia de calor.
Por lo tanto, el intercambiador de calor de tipo rociador tiene un efecto de transferencia de calor enormemente mejorado en comparación con los intercambiadores de calor de tipo inmersión.
12. Intercambiador de calor de tubo de calor
Principio
Los heatpipes son un tipo de componente de transferencia de calor con alta conductividad térmica. Transfieren calor a través de la evaporación y condensación del medio de trabajo en un recinto de vacío completamente cerrado.
Tienen muchas ventajas, como alta conductividad térmica, buen comportamiento isotérmico, capacidad de cambiar el área de transferencia de calor tanto en el lado frío como en el caliente, transferencia de calor a larga distancia, control de temperatura y mucho más.
Sin embargo, la desventaja es la baja oxidación y la resistencia a altas temperaturas. Esto se puede solucionar instalando un intercambiador de calor cerámico en el frente, lo que resuelve el problema de la resistencia a altas temperaturas y a la corrosión.
Actualmente, los heatpipes se utilizan ampliamente en industrias como la metalúrgica, química, refinación de petróleo, calderas, cerámica, transporte, textiles ligeros, maquinaria y otras. Como medio para recuperar el calor residual y utilizar energía térmica en el proceso, los tubos de calor han demostrado beneficios económicos notables.
