Soldado vs. Junta vs. Intercambiadores de calor de placa de circuito impreso - Comparación completa

intercambiadores de calor transferencia de calor entre fluidos sin mezclarlos. Entre los diseños compactos y de alta eficiencia se encuentran los intercambiadores de calor de placas, que utilizan placas metálicas para conducir el calor. Tres diseños de placas clave - placa junta, placa soldada y circuito impreso (PCHE) - cada uno utiliza placas apiladas, pero difieren en la construcción. Este artículo compara su estructura, rendimiento, mantenimiento, costo y usos en la industria. También señalaremos cómo cada uno encaja en sectores como los petroquímicos, HVAC, generación de energía y más.

Intercambiadores de calor de placas soldadas

Los intercambiadores de calor de placas soldadas también utilizan una pila de placas corrugadas, pero las placas están soldadas o soldadas permanentemente en sus bordes, eliminando juntas.

Las series soldadas HT-Bloc o TP de SHPHE ejemplifican esto: un paquete de placas soldadas insertadas en un marco resistente con cubiertas atornilladas. El resultado es que mantiene la alta transferencia de calor de las placas mientras gana una tolerancia mucho mayor a la presión y la temperatura.

Estructura:

Un intercambiador de placas soldadas es esencialmente un bloque sólido de placas de metal con canales internos. Por ejemplo, la placa soldada HT-Bloc de SHPHE combina la alta eficiencia de transferencia de calor de los intercambiadores de placas y la alta resistencia a la presión y la temperatura de la cáscara y tubo.

Desempeño:

Las unidades de placas soldadas cierran la brecha entre las placas juntadas y los intercambiadores de carcasa completa.

Los modelos TP de SHPHE pueden tolerar hasta ~ 60 bar y 900 ° C (y los tipos HT-Bloc hasta 40 bar, -40 ° C a 400 ° C). Su rendimiento térmico es todavía muy alto: la geometría de la placa induce una excelente transferencia de calor. Estas unidades a menudo logran aproximaciones de temperatura muy cercanas, similares a las placas juntadas, porque las trayectorias de flujo internas se pueden optimizar.

Mantenimiento.

Aquí hay una diferencia clave: las unidades soldadas no tienen juntas reemplazables, por lo que rara vez se filtran, pero tampoco se pueden desmontar fácilmente. Si el diseño lo permite, los usuarios abren el intercambiador desenganchando las cubiertas: el paquete de placas se levanta para la limpieza.

Costo:

Los intercambiadores de calor de placas soldadas cuestan más que los modelos con junta. El proceso de soldadura o soldadura, además de materiales de alta resistencia, añade gastos de fabricación. Sin embargo, generalmente son más baratos que los PCHE porque no requieren mecanizado exótico.

Industriales:

SHPHE destaca unidades soldadas en la refinación de petróleo y servicio de GNL. También aparecen en la generación de energía (recuperación de calor residual, enfriadores de aceite lubricante para turbinas) y en sistemas marinos o marinos, donde la robustez y la estanqueidad son cruciales. Cualquier planta que requiera una transferencia de calor eficiente, pero con fluidos duros o condiciones de alta presión a menudo elige placas soldadas.

Intercambiadores de calor de placas

Intercambiadores de calor de placas Consisten en muchas placas de metal delgadas y corrugadas sujetadas juntas en un marco, con juntas de goma o elastómero que sellan los canales de flujo. Los fluidos calientes y fríos fluyen en canales alternados (generalmente a contracorriente), transferyendo calor a través de las placas. Este diseño modular - destacado en la documentación de SHPHE - los hace muy compactos (a menudo 70 - 90% más pequeños que las unidades de concha-tubo).

Son populares en HVAC, refrigeración, alimentos y bebidas, procesamiento químico y aplicaciones petroquímicas ligeras, donde la facilidad de limpieza y la higiene son apreciadas.

Desempeño:

Pueden manejar altas cargas de calefacción / refrigeración, pero presiones y temperaturas relativamente leves en comparación con los tipos soldados o PCHE. Una ventaja importante es la relación superficie-volumen muy alta (las placas pueden llegar a 100-200 m2 / m3), por lo que el intercambiador se adapta a una huella pequeña.

Mantenimiento.

Debido a que están sellados y atornillados, estos intercambiadores se pueden desmontar fácilmente. Los usuarios pueden deslizar o quitar las placas para limpiarlas (o usar CIP - limpieza en el lugar), y reemplazar las juntas desgastadas cuando sea necesario. Esto permite un fácil desmontaje, facilitando una limpieza y un mantenimiento sencillos.

La compensación es que las juntas son artículos desgastados: con el tiempo deben ser inspeccionados o reemplazados, y un mal sello puede causar fugas.

Costo:

Las unidades con junta son generalmente la menos costosa de las tres. Utilizan placas de acero inoxidable estándar y juntas de goma, con marcos atornillados simples.

En aplicaciones con presupuestos limitados o donde se desea el desmontaje (por ejemplo, cervecerías, HVAC), los intercambiadores juntables son comunes. Su precio más bajo viene con clasificaciones de presión más bajas, por lo que para tareas de muy alta presión o alta temperatura (por ejemplo, reactores químicos, vapor) se eligen otros diseños.

Industriales:

Los usos típicos incluyen agua de calefacción / refrigeración, aceites, refrigerantes y productos químicos leves en edificios, instalaciones de alimentos y plantas de procesamiento.

Intercambiadores de calor de circuito impreso (PCHE)

El más nuevo de los tres,Intercambiador de calor de circuito impreso Las placas están hechas de placas inoxidables o de aleación de níquel muy delgadas, cada una grabada químicamente con canales de micro flujo (como un patrón de PCB) y luego unidas por difusión en un bloque sólido. No hay juntas ni juntas en el interior - es un monolítico núcleo de los microcanales. Esta innovación (desarrollada a finales del siglo XX) fue impulsada por industrias que necesitaban compacidad y condiciones extremas.

Estructura:

En un PCHE, las placas se someten a grabado para crear patrones de microcanales intrincados. Después de apilar las placas grabadas, se unen por difusión a alta temperatura y presión, formando un bloque de metal sólido con pasajes microscópicos.

El resultado es extremadamente compacto: según lo probado, los PCHEs son de cuatro a seis veces más pequeños y más ligeros que las unidades convencionales de cáscara y tubo. Las brechas de canal típicas son del orden de 0,4 - 4 mm.

Desempeño:

Los PCHEs tienen un rendimiento extremo. Manejan presiones y temperaturas muy altas - SHPHE nota hasta 1.000 bar y 850 - 900 ° C - mucho más allá de lo que pueden soportar las placas juntadas o soldadas.

La eficiencia de transferencia de calor también es sobresaliente (en el orden de una efectividad del 98%) porque los canales diminutos y las ondulaciones forzan una turbulencia intensa.

Por ejemplo, los PCHEs se utilizan en plantas de GNL, reactores nucleares y sistemas de CO2 supercríticos donde tanto la presión como los requisitos de eficiencia son extremos.

Mantenimiento.

Al estar unidos por difusión, los PCHEs no tienen partes móviles, juntas o sellos dentro.

Sin embargo, esto también significa que no puede abrir o dar servicio a los internos. Si los canales finos se sucian, la limpieza es extremadamente difícil o imposible; por lo tanto, los PCHEs se restringen a fluidos muy limpios. Los sistemas que utilizan PCHEs incluyen filtros finos o funcionan con medios ultrapuros. El mantenimiento de rutina tiende a implicar sólo la inspección de las juntas soldadas y asegurar la filtración de entrada en lugar de limpiar el intercambiador en sí.

Costo:

Los PCHEs son la opción más costosa. El proceso complejo de grabado fotoquímico y unión por difusión es caro, y los materiales son típicamente aleaciones inoxidables o exóticas (sin piezas de acero al carbono).

En el lado positivo, su compacidad puede reducir los costos en otras áreas: cimientos más pequeños, soportes más ligeros y menor inventario de fluidos (lo que puede reducir los requisitos de alivio de seguridad). Pero por el precio unitario solo, las unidades de circuitos impresos son las más caras de comprar.

Industriales:

Los PCHEs aparecen donde nada más lo hará. Los primeros adoptores fueron la energía nuclear y aeroespacial (naves espaciales y intercambiadores de calor de aeronaves), y hoy en día son comunes en los sistemas de energía nuclear, GNL, procesamiento de hidrocarburos y renovables, y de hecho ven un uso creciente en proyectos de energía de próxima generación (por ejemplo, pequeños reactores modulares, energía solar concentrada) donde la eficiencia y el tamaño son primordiales.

Cómo se comparan

Preguntas relacionadas.

P: ¿Cuál es la principal diferencia entre los intercambiadores de placas juntables y soldados?

La clave es el sellado. Los intercambiadores de junta tienen juntas de goma reemplazables y un marco atornillado, por lo que se pueden desmontar para la limpieza o el cambio de placas. Los intercambiadores de placas soldadas fusionan las placas (sin juntas), lo que les da una mayor capacidad de presión / temperatura, pero los hace más difíciles de mantener. En resumen, las placas juntadas son más fáciles de usar; las placas soldadas manejan condiciones más duras.

P: ¿Por qué utilizar un intercambiador de calor de circuito impreso en lugar de una placa o una carcasa?

El PCHS se eligen para requisitos extremos. Contienen enormes áreas de transferencia de calor en un pequeño volumen y pueden operar a presiones de hasta 1.000 bar y temperaturas de ~ 850 ° C. Si una aplicación está limitada por espacio e involucra fluidos supercríticos (como GNL o CO2), un PCHE puede lograr una eficiencia inalcanzable con unidades convencionales.

P: ¿Qué tipo de intercambiador es el más eficiente?

Los tres tipos tienen alta eficiencia térmica. Los PCHEs a menudo logran la mayor eficiencia nominal (≈ 98% de efectividad) debido a sus microcanales optimizados.

P: ¿Cómo se comparan las necesidades de mantenimiento?

Los intercambiadores de placas con junta son los más fáciles de limpiar: se pueden desmontar y enjuagar o reemplazar partes.

Los intercambiadores de circuitos impresos son esencialmente libres de mantenimiento internamente (sin juntas ni juntas), pero requieren fluidos limpios para evitar obstrucciones y normalmente necesitan filtros de entrada.

En resumen, la elección entre estos tres tipos depende en última instancia de un análisis cuidadoso de las condiciones de funcionamiento específicas (temperatura, presión, propiedades del fluido), los requisitos de mantenimiento y el presupuesto general del proyecto.

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