Juntas para intercambiadores de calor de placas: ¿de qué están hechos?

Los intercambiadores de calor de placas (PHEs) son dispositivos compactos que transfieren calor entre dos fluidos a través de una pila de placas metálicas finas. en aIntercambiador de calor PlacaCada placa tiene ranuras que sostienen una junta elastomérica, y las placas se sujetan juntas en un marco. Este diseño obliga a los dos fluidos a fluir en canales alternados (a menudo en contracorriente), maximizando la diferencia de temperatura y la eficiencia de transferencia de calor. Las juntas evitan fugas y mantienen los fluidos calientes y fríos separados.

Los PHEs se utilizan en muchas industrias - desdeHVAC Refrigeración y refrigeración paraProcesamiento químico yProducción de Alimentos / Bebidas. En aplicaciones higiénicas (lácteos, alimentos, bebidas, productos farmacéuticos), las juntas deben cumplir con la estricta limpieza y los estándares de la FDA (grado alimenticio). La elección del material de la junta no solo afecta el rendimiento de sellado sino también la fiabilidad a largo plazo. Los materiales comunes incluyenEPDM (monómero de etileno-propileno - dieno),NBR (cacho de nitril-butadieno), yViton ® (fluoroelastómero, FKM). Cada uno tiene diferentes límites de temperatura y compatibilidad química.

El papel de las juntas en intercambiadores de calor de placas

Las juntas sirven como el sello entre cada par de placas. A medida que los fluidos entran en el paquete de placas a través de los puertos de entrada, las juntas se aseguran de que permanezcan en sus canales apropiados y salen a través de las salidas correctas. Al crear un sello hermético, las juntas mantienen los dos fluidos completamente separados y evitan cualquier mezcla. Esta separación es crucial: cualquier fuga o contaminación cruzada reduciría drásticamente la eficiencia térmica y podría arruinar la calidad del producto.

Juntas de nitrilo / EPDM / Viton para un mantenimiento fácil.

Esquema de corte de un intercambiador de calor de placas junta. Los canales rojos y azules alternados muestran las corrientes de fluido caliente y frío, separados por juntas elastoméricas (gris oscuro) entre cada placa. La pila de placas está sujeta por pernos y soportada por barras de transporte.

Además del sellado, las juntas protegen los bordes de las placas de los desechos y los productos químicos de limpieza. Un material de junta bien elegido resiste la incrustación y las soluciones cáusticas o ácidas utilizadas en los procedimientos de limpieza. En efecto, las juntas ayudan a mantener los pasajes de flujo limpios y a extender la vida útil del equipo al minimizar el mantenimiento y el tiempo de inactividad. Sin juntas fiables, un intercambiador de placas pierde rápidamente eficiencia o necesita un servicio frecuente no programado.

Material de junta de intercambiador de calor de placas

Las juntas de los intercambiadores de calor de placas generalmente están hechas de una de las tres familias de elastómeros. Cada uno se elige en función de los fluidos y las condiciones que debe soportar:

EPDM (Monómero de etileno-propileno - dieno) - El EPDM es un caucho sintético valorado por su resistencia al calor, agua y vapor. Por lo general, puede manejar temperaturas de servicio de aproximadamente -25 °C hasta aproximadamente 150 - 180 °C. El EPDM resiste el agua caliente, el vapor, muchos ácidos y álcalis (excepto oxidantes fuertes), e incluso el ozono o la luz solar. Esto lo hace común en el calentamiento de agua caliente, vapor de baja presión, refrigeración (bucles de glicol) y procesos sanitarios (alimentos / lácteos). Sin embargo, el EPDM es atacado por los aceites de petróleo y los disolventes orgánicos, se hincha y se deteriora si se expone a los combustibles.

NBR (cacho de nitril-butadieno) - Nitril (Buna-N) es apreciado por su resistencia al aceite y al combustible. Se mantiene estable y elástico desde aproximadamente -15 °C hasta aproximadamente 110 - 140 °C. Las juntas de NBR se utilizan típicamente cuando los fluidos incluyen aceites, combustibles, lubricantes o refrigerantes miscibles con agua. Se sellan bien en los enfriadores de aceite del motor, intercambiadores de calor de aceite hidráulico y sistemas de manejo de combustible. El NBR puede manejar el agua caliente y salada, pero se degrada en ácidos fuertes y no puede resistir el vapor de alta temperatura.

Viton ® (fluoroelastómero, FKM) - Viton es un caucho premium con una excepcional resistencia térmica y química. Tolera un amplio rango (normalmente -15 °C hasta aproximadamente 180 °C). Las juntas de Viton resisten ácidos fuertes (por ejemplo, ácido sulfúrico), soluciones cáusticas (hidróxido de sodio), hidrocarburos, combustibles y aceites de transferencia de calor de alta temperatura. Se utilizan comúnmente en plantas químicas, refinerías y en cualquier lugar donde los fluidos de proceso sean altamente agresivos. Las desventajas de Viton son el mayor costo y rigidez: es más difícil de comprimir y requiere una mayor fuerza de sujeción.

En la práctica, la elección de la junta a menudo sigue los medios:

¿Agua caliente o vapor? Utilice el EPDM.

¿Petróleo o gasolina? Utilice el NBR.

Químicos fuertes o calor muy alto? Utiliza el Viton.

La combinación del material de la junta con los fluidos evita la degradación prematura y garantiza un sello fiable.

Consideraciones técnicas en la selección de junta

Temperatura y presión de diseño:

Todos los intercambiadores tienen condiciones de funcionamiento máximas. Por ejemplo, muchos PHEs con junta tienen una temperatura nominal de hasta ~ 180 ° C y 36 bar. El material de la junta debe tolerar la temperatura máxima de proceso (con un margen de seguridad). El límite superior de EPDM es ~ 150 - 180 °C, NBR ~ 110 - 140 °C, y Viton ~ 180 °C. Del mismo modo, la junta debe sellarse bajo la presión del sistema; presiones muy altas (decenas de bares) exigen un elastómero duradero que no se extruirá ni se filtrará.

Resistencia química y compatibilidad con la limpieza: Los intercambiadores de calor industriales a menudo se someten a una limpieza automatizada con álcalis fuertes, ácidos y detergentes. Las juntas deben resistir los fluidos de proceso y los agentes de limpieza. El EPDM tolera muchos limpiadores alcalinos y ácidos suaves comúnmente utilizados en la solución de limpieza CIP, así como en los lavados a vapor. El NBR es menos resistente a los limpiadores alcalinos / ácidos y es atacado por los disolventes. Viton puede resistir prácticamente todos los productos químicos CIP sin daños.

Requisitos de grado alimenticio y regulación: En aplicaciones de alimentos, lácteos, bebidas y farmacéuticas, las juntas deben cumplir con las normas de contacto con alimentos de la FDA o de la UE. Los compuestos de EPDM y NBR de grado alimenticio (a menudo caucho blanco o negro certificado) están ampliamente disponibles y cumplen con las regulaciones de la FDA 21 CFR o de la UE. Los grados Viton especializados (por ejemplo, FKM blanco aprobado por la FDA) también se ofrecen para servicios sanitarios. Siempre verifique que el material de la junta tiene la certificación necesaria de seguridad alimentaria para la aplicación prevista.

Estabilidad mecánica y térmica: Las juntas son elastómeros y envejecerán con el tiempo, especialmente bajo calor y tensión mecánica. Las propiedades clave incluyen el ajuste por compresión (deformación permanente después de ser sujetado) y resistencia al envejecimiento térmico. Los elastómeros como EPDM y Viton están formulados para un buen rendimiento de envejecimiento; el NBR a altas temperaturas puede perder la elasticidad más rápidamente. La dureza (durómetro) también es importante: las juntas típicas de PHE son de alrededor de 60 - 75 Shore A. La forma de la junta (clip-on, cara completa, etc.) debe coincidir con el diseño de la placa y permitir la compresión adecuada para sellar sin extrusión.

Al combinar cuidadosamente el material de la junta con el perfil de funcionamiento (temperatura, presión, productos químicos y régimen de limpieza), se asegura que el sello permanezca hermético y que el intercambiador funcione de manera eficiente.

Comparación de material: EPDM vs NBR vs Viton

La siguiente tabla compara las características y aplicaciones clave de los tres materiales comunes de junta:

Comparación de propiedades típicas y compatibilidades con los medios para materiales de junta EPDM, NBR y Viton.

EPDM sobresale con agua caliente y vapor (lo que lo hace ideal para HVAC o pasteurizar alimentos),

NBR sobresale con aceites y combustibles (común en refrigeradores automotrices o hidráulicos),

yVitón Maneja productos químicos agresivos y calor elevado (utilizado en refinerías y plantas químicas). Seleccionar el material que coincida con los fluidos y condiciones del proceso evita el fallo prematuro de la junta y las fugas.

Garantizar la eficiencia y la longevidad

Elegir el material de la junta adecuado es fundamental para una operación eficiente y duradera. Una junta adecuadamente combinada mantiene su sello bajo presión y calor sin degradación rápida. Por ejemplo, el uso de EPDM en un calentador de aceite causaría hinchazón y fugas; el uso de NBR con vapor de 150 ° C haría que se se secara y se agrietara. Ambos errores conducen a cierres no programados y costosas reparaciones.

Cuando una junta es compatible con los fluidos y los productos químicos de limpieza, el intercambiador funciona a su capacidad diseñada con fugas y mantenimiento mínimos. Tales juntas soportan muchos ciclos térmicos y rutinas de limpieza en el lugar, manteniendo la elasticidad. Esto minimiza las pérdidas de energía (por eludir las fugas) y evita la contaminación cruzada de los fluidos. Con el tiempo, la selección correcta de la junta aumenta el tiempo de actividad y amplía los intervalos de mantenimiento.

Elegir el material adecuado de la junta

Las juntas pueden parecer como partes menores de un intercambiador de calor de placas, pero son esenciales para su función. Al sellar las placas, las juntas permiten la transferencia de calor compacta y de alta eficiencia que proporcionan los PHE. El material adecuado de la junta depende de la aplicación: se debe considerar la temperatura, la presión, el ambiente químico, los procedimientos de limpieza y las necesidades regulatorias.

Cuando se elige y mantiene correctamente, un intercambiador de calor de placa junta funcionará de manera fiable y eficiente durante años.

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