El intercambiador de calor helicoidal es una clase de intercambiadores de calor , cuya característica distintiva es la alta velocidad de paso del medio. Según el principio de funcionamiento, se dividen en tres grupos: intercambiadores de calor de tubo en tubo de alta velocidad, intercambiadores de calor de carcasa y tubo de alta velocidad e intercambiadores de calor intensificados. En un entorno profesional, también se utiliza el nombre de intercambiador de calor de alta velocidad . Todos los intercambiadores de calor helicoidales son esencialmente recuperadores, ya que el calor se transfiere de un portador de calor a otro de forma continua a través de la pared.
Es el intercambiador de calor más simple, a menudo ensamblado de forma artesanal a partir de materiales improvisados (dos tubos de diferentes diámetros insertados entre sí). Todos los intercambiadores de calor tubo en tubo son de alta velocidad debido a la ausencia de obstáculos y, en consecuencia, a la baja resistencia hidráulica [1] [2] .
El principio de funcionamiento de un aparato de este tipo consiste en el paso de un refrigerante a alta presión a través del tubo interior, mientras que el medio calentado pasa por el tubo exterior [2] .
Este tipo de intercambiador de calor consta de tres partes: un cuerpo (carcasa), un haz de tubos y deflectores. El haz de tubos se suelda a través de las placas de tubos hasta los extremos de la carcasa. La principal diferencia con los aparatos convencionales de carcasa y tubos es la presencia de particiones que aumentan la velocidad del refrigerante [3] .
Este es un intercambiador de calor, que es un haz de tubos perfilados hechos de material resistente a la corrosión (acero inoxidable o titanio) fijados en un cuerpo de costura en espiral, a través de cuyas paredes se transfiere el calor del flujo del medio de calentamiento al flujo del medio calentado. Los tubos tienen un perfil helicoidal . La principal diferencia entre los intercambiadores de calor de este diseño radica precisamente en la superficie perfilada de intercambio de calor de los tubos. Los cimientos de este diseño se desarrollaron en la época de la URSS [4] .
El principio de funcionamiento de los intercambiadores de calor de alta velocidad se basa en el fenómeno de la intensificación del intercambio de calor entre flujos de portadores de calor en movimiento durante su remolino simultáneo. El remolino de flujos de alta velocidad conduce a un cambio en su estado hidráulico, aumenta la energía cinética del movimiento, crea turbulencia y una mezcla adicional de capas dentro de los portadores de calor, lo que conduce a valores óptimos de indicadores de transferencia de calor. El movimiento de vórtice del flujo va acompañado de una disminución de la resistencia hidráulica del aparato y del efecto de autolimpieza de las superficies de calentamiento de los depósitos [5] [6] .
El remolino del flujo del medio que pasa a través del espacio de la tubería se lleva a cabo cambiando el perfil de las tuberías ( superficie helicoidal ). El remolino del flujo del medio que pasa a través del espacio anular se lleva a cabo debido a la costura en espiral del cuerpo y la disposición irregular de las tuberías del haz de tubos [7] [8] [9] .
Además de la función de torcer los flujos, los componentes de tornillo de los tubos y el cuerpo son una especie de refuerzo estructural. La posibilidad de utilizar chapa de acero en la fabricación del cuerpo y de los tubos del haz de tubos conduce a una reducción del peso del aparato. Esta solución no es convencional en la producción de intercambiadores de calor estándar que utilizan el espesor de la pared para mejorar las propiedades de resistencia de las estructuras [10] .
Debido al aligeramiento y compactación del haz de tubos en los elementos de soporte (placas de tubos) hechos de materiales poliméricos, se logra la máxima superficie de intercambio de calor posible en dispositivos de alta velocidad.
Características Para el cuerpo y el haz tubular se utilizan los materiales resistentes a la corrosión disponibles: acero inoxidable AISI 316 o aleaciones de titanio. Los dispositivos se fabrican bajo parámetros individuales y modos de operación. De acuerdo con sus características de ingeniería y diseño de calor, los dispositivos de este tipo son un reemplazo eficaz para los calentadores de placas y de carcasa y tubos. Las desventajas incluyen una mayor sensibilidad al medio ambiente: con características seleccionadas incorrectamente, la eficiencia cae significativamente [11] .