¿Qué es la placa de tubos del intercambiador de calor?

Una placa tubular es una placa, lámina o mamparo que está perforada con un patrón de orificios diseñado para aceptar tuberías o tubos. Estas láminas se utilizan para soportar y aislar tubos en intercambiadores de calor y calderas o para soportar elementos filtrantes. Dependiendo de la aplicación, una placa tubular puede estar hecha de distintos metales o de compuestos de resina o plástico. Un tubo de lámina puede estar cubierto con un material de revestimiento que sirve como barrera contra la corrosión y aislante y también puede estar equipado con un ánodo galvánico. Las placas tubulares se pueden utilizar en pares en aplicaciones de intercambio de calor o individualmente cuando se soportan elementos en un filtro.

Quizás el uso más conocido de las placas tubulares sea como elementos de soporte en intercambiadores de calor y calderas. Estos dispositivos consisten en una disposición densa de tubos de paredes delgadas situadas dentro de una carcasa tubular cerrada. Los tubos están soportados en cada extremo por láminas que están perforadas en un patrón predeterminado para permitir que los extremos de los tubos pasen a través de la lámina. Los extremos de los tubos que penetran en la placa de tubos se expanden para bloquearlos en su lugar y formar un sello.

La disposición de los tubos forma una unidad contenida entre las placas de tubos. Luego, las placas tubulares se atornillan a las novias dentro de la carcasa. La carcasa se extiende más allá de cada placa tubular y está sellada, formando así dos cámaras cerradas en los extremos no tubulares de las placas tubulares. Esto crea una disposición en la que el intercambiador consta de dos cámaras extremas separadas unidas por tubos que pasan a través de un espacio aislado entre las placas de tubos. Luego, el fluido calentado pasa de una cámara de extremo a la otra a través de los tubos, donde el fluido frío en la cavidad entre las placas de los tubos absorbe la energía térmica.

El diseño de placas tubulares es un proceso bastante preciso y complejo; Es necesario establecer el número exacto de tubos y calcular un patrón de orificios para distribuirlos uniformemente sobre la superficie de la placa de tubos. Los grandes intercambiadores pueden tener varias millas de tubos que los atraviesan y dispuestos en grupos o haces calculados con precisión. El diseño y la producción de láminas están en gran medida automatizados hoy en día con software de diseño asistido por computadora (CAD) que realiza los cálculos y la perforación de las láminas tubulares en máquinas de control numérico por computadora (CNC).

Las placas tubulares utilizadas en intercambiadores de calor y calderas suelen estar revestidas con una capa aislante que también sirve como protección contra la corrosión. Para aún proteger más la placa tubular contra la oxidación, también se puede unir un ánodo galvánico o de sacrificio a la superficie de la placa. Las placas tubulares también se utilizan en dispositivos filtrantes de tipo cartucho para soportar los elementos filtrantes individuales. Son similares en diseño a las variedades de calderas de alto calor, excepto que generalmente están hechas de compuestos de resina o plástico y generalmente se usan como unidades individuales. Generalmente hay menos tubos involucrados en una aplicación de filtro, aunque el diseño de la placa de tubos aún debe calcularse cuidadosamente para garantizar un rendimiento óptimo.

El diseño de placa tubular fija consta de dos placas tubulares fijas unidas a la carcasa. El haz de tubos rectos está conectado entre las placas de tubos y contiene deflectores para dirigir el flujo alrededor de los tubos para generar la transferencia de calor requerida. Se adjunta un conjunto de cabezal a cada placa tubular.

El diseño de tubo en U consta de tubos de longitud recta doblados en forma de U con ambos extremos terminando en la placa de tubos. El haz de tubos está equipado con soportes o deflectores de flujo. La placa tubular/haz de tubos se coloca en la carcasa y se atornilla entre la novia del cabezal y la novia del cuerpo. Se requiere un conjunto de cabezales para dirigir el fluido dentro y fuera del haz de tubos. Esta configuración permite que todo el haz de tubos sea extraíble.

Un diseño de placa de tubos flotante es similar al diseño de placa de tubos fija, excepto que se permite que una placa de tubos se mueva axialmente dentro de la carcasa mientras la otra placa de tubos está fija.

Uno de los intercambiadores de calor más comunes en servicio dentro de aplicaciones de procesos industriales son los "intercambiadores de calor de láminas tubulares". Están disponibles en muchas formas y tamaños y se utilizan en la industria desde hace más de 150 años. En este grupo de intercambiadores hay varios tipos de subdiseños: fijo, de tubo en U y de tubos flotantes. Las variaciones de todos se pueden indicar como tipo “E”, “F”, “G”, “H”, “J”, “K” o “X”. Las principales aplicaciones son aquellas en las que la alta presión/temperatura son consideraciones clave. En términos generales, los diseños generales consisten en una carcasa exterior en la que reside un haz de tubos (estos pueden configurarse como con aletas, lisos, etc.) sellados en cada extremo por una placa de tubos que aísla los tubos y la carcasa exterior. .

Los intercambiadores de calor de láminas tubulares tienen la capacidad de transferir grandes cantidades de calor a costos más bajos. Esto, en principio, se debe tanto a la simplicidad del diseño como a la eficacia: gran superficie del tubo para reducir el peso, el volumen de líquido y, lo más importante, el espacio en el suelo.

Si bien existe una amplia variedad para elegir, hay ciertos componentes clave similares en todos. Las placas de tubos tienen tubos adheridos dentro del cuerpo o "carcasa" del intercambiador de calor. Los tubos permiten el movimiento de un medio determinado (gas/fluido) a través de la cámara de la carcasa evitando que se mezcle con un segundo medio fluido que se encuentra fuera de estos tubos. Mientras haya una diferencia de temperatura entre estos, en efecto, los dos fluyen uno sobre el otro intercambiando calor sin mezclarse nunca. Las placas de tubos pueden ser fijas o flotantes según la aplicación para la que esté diseñado el intercambiador de calor.

Las placas tubulares son un componente crítico del diseño final. Hay multitud de materiales con los que se pueden fabricar. La selección del material se realiza tras una cuidadosa consideración ya que está en contacto con ambos fluidos. Por lo tanto, debe tener la resistencia a la corrosión y las propiedades electromecánicas y metalúrgicas necesarias asociadas para su entorno de trabajo determinado.

Las propias placas tubulares contienen agujeros perforados. Esto, en una configuración de diseño determinada y muy específica, en ubicaciones muy precisas con tolerancias críticas. La cantidad de agujeros puede variar desde unos pocos hasta miles. Estos orificios de patrón o "paso" están relacionados entre sí en la placa tubular dentro de la carcasa. Este paso cambia la distancia del tubo, el ángulo y la dirección del flujo. Estos parámetros se han variado para maximizar la efectividad de la transferencia de calor.

Intercambiadores de calor de láminas de tubos Una de las grandes ventajas de utilizar un intercambiador de calor de carcasa y tubos es que a menudo son fáciles de mantener, particularmente con modelos donde está disponible un haz de tubos flotantes donde las placas de tubos no están soldadas a la carcasa exterior. Intercambiadores de calor de láminas de tubos fijos utilizados en intercambiadores de calor de láminas de tubos fijos.

Los intercambiadores de calor de láminas tubulares requieren la elección correcta de materiales y también se pueden usar para enfriar o calentar otros medios, como agua de piscina o aire de carga. Los intercambiadores de calor de láminas de tubos fijos son la solución de refrigeración ideal para una amplia variedad de aplicaciones. Una de las aplicaciones más comunes es la refrigeración de fluidos hidráulicos y aceite en motores, transmisiones y unidades de potencia hidráulica.

Uso de la placa de tubos del intercambiador de calor

La placa de tubos del intercambiador de calor cumple varias funciones importantes.

Primero, mantiene los tubos en su lugar y les proporciona un punto de montaje seguro. Esto ayuda a garantizar que los tubos no se desplacen ni se muevan durante el funcionamiento, lo que podría provocar daños o fugas en el intercambiador de calor.

En segundo lugar, la placa tubular proporciona una superficie de sellado para el fluido que se intercambia. Esto ayuda a evitar fugas entre los tubos y la carcasa, lo que podría provocar una pérdida de eficiencia o incluso daños al intercambiador de calor.

Finalmente, la placa tubular está diseñada para soportar la presión y temperatura de los fluidos que se intercambian. Esto es fundamental para garantizar la seguridad y confiabilidad del intercambiador de calor, así como su rendimiento general.

En algunos casos, la placa tubular también puede diseñarse para permitir un fácil mantenimiento y reparación. Por ejemplo, puede estar diseñado para quitarse y reemplazarse fácilmente si es necesario, o para permitir un fácil acceso a los tubos para su limpieza o inspección.

En general, la placa de tubos del intercambiador de calor es un componente crítico de los intercambiadores de calor de carcasa y tubos, y su diseño, fabricación y mantenimiento adecuados son esenciales para garantizar el funcionamiento seguro y eficiente de estos dispositivos.

Material de la placa del tubo del intercambiador de calor utilizado

Las placas de tubos de intercambiadores de calor suelen estar hechas de materiales de alta resistencia que pueden soportar la presión y la temperatura de los fluidos que se intercambian. Los materiales comunes utilizados para las placas de tubos incluyen acero al carbono, acero inoxidable, titanio y aleaciones de níquel.

1. El acero al carbono es una opción popular para las placas de tubos debido a su resistencia, durabilidad y rentabilidad. Sin embargo, es susceptible a la corrosión y puede requerir revestimientos protectores u otras medidas para prevenir la corrosión.

2. El acero inoxidable es otra opción popular para las placas de tubos, particularmente en aplicaciones donde la resistencia a la corrosión es una preocupación. Es altamente resistente a la corrosión y puede soportar altas temperaturas y presiones.

3. El titanio se utiliza a menudo en aplicaciones donde el peso y la resistencia a la corrosión son factores críticos. Es altamente resistente a la corrosión y liviano, lo que lo hace ideal para su uso en intercambiadores de calor en las industrias aeroespacial y marina.

4. Las aleaciones de níquel, como Inconel y Monel, también se utilizan comúnmente para placas de tubos en ambientes corrosivos y de alta temperatura. Estas aleaciones son altamente resistentes a la corrosión y pueden soportar temperaturas y presiones extremas.

En general, la elección del material para una placa de tubos de intercambiador de calor dependerá de una variedad de factores, incluida la aplicación específica, las condiciones de operación y el costo y la disponibilidad de los materiales.

Estándar de inspección de la placa de tubos del intercambiador de calor 

La inspección de las placas de tubos del intercambiador de calor es una parte importante para garantizar el funcionamiento seguro y eficiente del intercambiador de calor. Existen varias normas y pautas que se utilizan para regir la inspección de placas de tubos de intercambiadores de calor, que incluyen:

1. Código ASME para calderas y recipientes a presión - Sección VIII, División 1: Este código proporciona pautas para el diseño, fabricación e inspección de recipientes a presión, incluidos los intercambiadores de calor. Especifica los requisitos para inspeccionar placas de tubos, incluidas inspecciones visuales, pruebas no destructivas y mediciones dimensionales.

2. API 570 - Código de inspección de tuberías: esta norma proporciona pautas para la inspección, reparación y alteración de sistemas de tuberías en servicio, incluidas las placas de tubos de intercambiadores de calor. Incluye pautas para inspecciones visuales, pruebas ultrasónicas, pruebas radiográficas y otros métodos de prueba no destructivos.

3. ASTM E446: Radiografías de referencia estándar para piezas fundidas de acero de hasta 2 pulgadas (50,8 mm) de espesor: esta norma proporciona radiografías de referencia para usar en la evaluación de la calidad de las piezas fundidas de acero, incluidas las láminas de tubos. Incluye radiografías para varios niveles de calidad, desde aceptable hasta rechazable.

4. NACE MR0175/ISO 15156 - Industrias del petróleo, petroquímica y gas natural. Materiales para uso en entornos que contienen H2S en la producción de petróleo y gas: esta norma proporciona directrices para la selección, fabricación e inspección de materiales en entornos que contienen sulfuro de hidrógeno (H2S). , que puede causar corrosión y otros daños a las placas de los tubos del intercambiador de calor.

En general, la inspección de las placas de tubos del intercambiador de calor debe ser realizada por personal calificado utilizando métodos y equipos de prueba adecuados. Los requisitos de inspección específicos dependerán del diseño específico del intercambiador de calor, las condiciones de operación y los códigos y estándares aplicables.

Tamaño y forma de la placa de tubos del intercambiador de calor. 

Las placas de tubos para intercambiadores de calor vienen en una variedad de tamaños y formas, según el diseño y la aplicación específicos del intercambiador de calor. El tamaño y la forma de la placa de tubos normalmente estarán determinados por el número y tamaño de los tubos, así como por las dimensiones de la carcasa del intercambiador de calor.

Las placas tubulares pueden variar en tamaño desde unas pocas pulgadas de diámetro para intercambiadores de calor más pequeños hasta varios pies de diámetro para intercambiadores de calor industriales más grandes. El espesor de la placa tubular dependerá de la presión y temperatura de los fluidos que se intercambien, así como del material utilizado.

En términos de forma, las placas de tubos suelen ser circulares o rectangulares, con orificios perforados o perforados para acomodar los tubos. El patrón y el espaciado de los tubos dependerán del diseño y la aplicación específicos del intercambiador de calor.

Algunas placas de tubos también pueden tener características adicionales, como ranuras o muescas para mejorar el flujo de fluidos, o bridas para facilitar las conexiones a otras partes del intercambiador de calor.

En general, el tamaño y la forma de la placa de tubos del intercambiador de calor estarán determinados por la aplicación específica y las condiciones operativas, y se diseñarán para optimizar el rendimiento y la eficiencia del intercambiador de calor.

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