CURSO STAR FLUIDS INTERCAMBIADORES DE CALOR

DE PLACAS

¿Qué es un ICP?

Un intercambiador de calor de placas es un tipo de intercambiador de calor que utiliza placas corrugadas de metal para la transferencia de calor entre dos fluidos, fluido-gas o gas-gas. Esto tiene una gran ventaja sobre un intercambiador de calor convencional en que los fluidos se exponen a una superficie mucho mayor. El uso de placas corrugadas facilita la transferencia de calor, y aumenta considerablemente la velocidad de los cambios de temperatura.

ICP

Dentro de los intercambiadores de calor de placas se distinguen varios tipos: -ICP de placa con junta -ICP de placas soldadas -ICP placas soldadas sin aporte de material -ICP de placas semi soldadas

ICP Partes principales Barra guía

Placón móvil

Paquete de placas Tornillos de apriete

Placón fijo

Paquete de placas – 1 sólo paso

Sólo dos placas no realizan intercambio de calor, inicial y final

Cold in

Hot out

Hot in

Cold out

Pla

ca inic

ial

Pla

ca fin

al

Pla

cas d

e f

lujo

Paso/Canal : Caliente 2 x 4

Frio 2 x 4

Cold in

Hot out Hot in

Cold out

Paquete de placas multipaso

Utilidad del bastidor

• Mantiene unido el paquete de placas

• Soporte a las placas (trabajando / presión)

• Base para el conexionado (entrada y salida de medios)

Tipos de bastidor • Acero al carbono pintado epoxy – Uso industrial

• Normalmente 4 versiones: 6, 10, 16, 25 bar

• Acero inoxidable – Uso alimentario y farmacéutico

• Mismas presiones.

• Habitualmente varias secciones

Bastidor - diseño

• Proveer de los puntos de apoyo necesarios (en el ejemplo 5 puntos)

– Facilitar la posición exacta de las placas en vertical y horizontal

– Asegurar la estanqueidad al conseguir la alineación

Guía superior

Guía inferior

Placa

Placas – Su función

• Crear canales para los fluidos (gracias al corrugado)

• Crear turbulencia para los fluidos

• Intercambio de calor entre uno y otro medio

Placas – Fabricación

• Empleo de prensas hidráulicas de hasta 50,000 Tn

• Tecnologías de última generación (CAD/CAM/CAE)

• Diferentes materiales, corrugados, tamaños

• Diferentes combinación de canales (L,M y H)

• Diferente profundidad de corrugación

• PARA DIFERENTES APLICACIONES...

Longitud y anchura de la placa

Incremento del nº de pasos

La placa de flujo

Placas – partes

Zona distribución

E/S Medio 1

Área intercambio

de calor

Zona distribución

E/S Medio 1 E/S Medio 2

E/S Medio 2

Cuna (alojamiento de

la junta)

Placa – Zona distribución

• “Caja de bombones”

– Distribución uniforme del flujo

– Misma P en distancia A y B

– Mínima P en la distribución

– Mejor relación P – calor transferido

– Evita puntos muertos en los rincones

A

Placas - Guiado

• El primer guiado es gracias a las barras soporte y guía

• Diversas construcciones de la placa aseguran un alineado definitivo.

Placa – Corrugados y canales

L: Low theta H: High theta

• Normalmente encontraremos 2 corrugados L y H

L + L = canales L L + H = canales M H + H = canales H

• Esto forma 3 canales diferentes L, M y H

• Se escoje entre las 3 opciones

• Hecho a medida para cada aplicación

Placa – Corrugados y canales

Ventajas

• Eficiente transf. calor

• Alta turbulencia en pared

• Longitud termal variable

• Fuerte construcción

Beneficios

• Incremento recuperación

• Bajo fouling

• Óptimo diseño

• Resistente a vibraciones

Bajas turbulencia y delta P

L + L = L

Turbulencia y delta P medias

L + H = M

Altas turbulencia y delta P

H + H = H

El corrugado de la placa tiene dos

funciones:

Mecánica – dar rigidez a la placa y proveer de puntos de contacto

Dinámica de fluidos–aportar alta turbulencia para MEJORAR la transferencia térmica

Compacto

Placa final • En un sólo paso,

– Detiene al fluido al final del paquete de

placas

– Es la última en contacto con el

bastidor

– Las toberas cerradas (ciegas)

• En multi paso,

– Detiene a 1 fluido al llegar al final

– Permite entrada del otro fluido

– Combinación de toberas abiertas o

cerradas a demanda

– Junta normal como la placa canal

Placa de cambio

• Utilizada en multi paso

• 1, 2 o 3 toberas abiertas

• Cambia la dirección del fluido según configuración

• Construida bajo la base de placa canal normal

El número de placas depende de:

• Caudales

• Pérdidas de carga admtidas

• Programa de temperaturas

• Dimensiones y diseño de las placas

• Recuperación de calor

• Material y grosor de las placas

• Propiedades físicas de los medios

Construcción de un ICP

Prensado de las placas

• Placas totalmente uniformes

• Puntos de contacto uniformes metal - metal

• Placas más fuertes que pueden manejar

– Mayor presión

– Mayor diferencia de presión

– Vibraciones

Prensado en 1 paso

Placas – Profundidad prensado

Rendimiento

Profundidad

• pérdida de carga

• recuperación Q

• compacto

• trato producto delicado

• special products

• clogging problems

No existe profundidad buena o mala, sólo diferentes,

dependiendo de la aplicación.

• Existen profundidades de prensado desde 1.5 mm a 11 mm

para solucionar cualquier demanda

Placas - Materiales • Materiales y grosores estándar

• AISI 304 (acero inoxidable)

- Habitualmente 0.4 y 0.5 mm

- La solución más económica

• AISI 316 (acero inoxidable)- 0.5 y 0.6 mm

- Algunas más grosor (aplicaciones Alta presión)

• 254 SMO (aleación de acero inoxidable)

- Habitualmente 0.6 mm

• Titanio - 0.5 y 0.6 mm

- Algunas más grosor (aplicaciones Alta presión)

- Algunas 0.4 mm (aplicaciones baja presión)

• Aleación C-276 (Aleación de níquel)

- Habitualmente 0.6 mm

100%

115%

250%

300%

600%

Precio

Relativo

Juntas - Función

• La función de las juntas es conseguir la estanqueidad entre las placas canal y entre las placas y los placones del bastidor (ó placas conectoras).

• ”A priori” es la única parte sometida a desgaste (envejecimiento del caucho).

• Es la parte más débil del Intercambiador de calor de placas.

• De su calidad depende en gran parte la vida útil del Intercambiador de calor de placas.

Juntas – doble sistema

Puntos especiales de drenaje son una parte integral del diseño de la junta para evitar la contaminación cruzada

Si la junta falla Se detecta la fuga en el exterior

Juntas - Estándares

• NBR = hasta 130°C, FDA

• EPDM = hasta 160ºC, FDA (No resiste aceites o grasas)

• BiiR = hasta 160ºC (Ácidos y bases diluidos, excelente resistencia al vapor y agua caliente)

• HT-BiiR = hasta 180°C, FDA

• HNBR = hasta 160°C, FDA (Excelente resistencia al vapor, agua caliente, aceites vegetales y minerales, aceites sintéticos)

• CR = hasta 100°C (Excelente resistencia a aceites minerales, hidraúlicos, amoniaco y grasas)

• CSM = hasta 130°C (Excelente resistancia a aceites sintéticos y minerales, disolventes)

• FPM-A = hasta 180°C, FDA (baja resistencia al vapor a alta temperatura)

• FPM-G = hasta 220°C, FDA (ácidos concentrados y bases vapor HT )

Junta – Perfil y cuna

Perfil

Otros

Cuna

Mayor

estanqueidad a

alta presión Riesgo de fuga.

Soporte total

de la junta Abriendo: Riesgo

de que la junta

salga de la cuna.

La diferencia es tiempo de vida y fiabilidad

Ejemplo: Junta peak

Junta – Tiempo de vida

Producto

• Material de la junta

• Fijación

– Pegada o no

– Tipo adhesivo

• Geometría de la junta

• Cuna - diseño

• Alineación paquete

deplacas

Aplicación

• Temperatura trabajo

• Presión trabajo

• Medios

• Tipo de operación:

Contínua o cíclica

• Métodos y productos

para limpieza

• Frecuencia aperturas

¡Tiempo!

Juntas – Tiempo de vida

• Hable con el Star Fluids para conocer las máximas temperaturas,

– NBR hasta 130ºC

– EPDM hasta 160ºC

Aproximadamente 1 año de vida

Si no existe ataque químico

• Regla de aproximación:

– 10ºC menos que la temp. Máxima 2 años de vida

– 10ºC más que la temp. Máxima 6 meses de vida

Presión / Temperatura • Un gráfico P/T se puede realizar de forma empírica mostrando el

rendimiento esperado de placa y junta

– La P/T de diseño debería estar dentro del área de rendimiento

– Si la P/T está en la línea 1 año de vida para la junta

– Si la P/T está fuera No se garantiza su rendimiento

– Si la junta sufre ataque químico más problemas se añaden

0

5

10

15

20

25

0 50 100 150

Temperature (°C)

Pre

ssu

re (

barg

)

Area de

rendimiento

Limitado a la presión máx. de trabajo de la placa

Limitado a la

máxima

temperatura

La vida de la junta se limita por

la combinación de presión y

temperatura

Presión / Temperatura • Los datos que deben entregarse con la documentación del equipo

– En los datos de rendimiento de la junta

• T(T) = Máxima temperatura de trabajo. Por encima de la misma menos de 1 año de vida.

• T(P) = Temperatura recomendada a presión máxima Mayor presión Más trabajo para la junta No debe llegar a la temperatura máxima

– En los datos de rendimiento de la placa

• P(P) = Presión máxima de trabajo para la placa. Por encima de la misma, deformación en placas.

• P(T) = Máxima presión de trabajo a temperatura máxima.

Mayor presión Junta más debilitada No debemos llegar a la presión máxima

Cuidado con los golpes de ariete

• Problemas de placas – deformaciones • Problemas con las juntas – fuera del alojamiento • y otros…

Parada prolongada

• Se recomienda dejar una indicación junto al intercambiador que advierta de la necesidad de apretar el intercambiador antes de poner este en marcha.

• Recubrir el equipo de un plástico negro que proteja las juntas de la luz.

Almacenaje de las juntas

• No almacenar nunca colgadas

• Protéjalas de:

– Luz solar (plástico negro)

– Químicos y disolventes

• Una junta de calidad correctamente almacenada tiene una vida de varios años.

GRACIAS POR SU INTERÉS

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