Un intercambiador de calor de placas es un dispositivo en el que el calor se transfiere de un refrigerante caliente a un medio frío (calentado) a través de placas corrugadas de acero, cobre, grafito y titanio , que se colocan en un paquete. Las capas frías y calientes se intercalan entre sí.
El primer intercambiador de calor de placas casi moderno fue inventado por el Dr. Richard Seligman, fundador de Aluminium Plant & Vessel Company Limited en 1923. Según otras fuentes, la empresa sueca Gustaf de Laval , que lanzó el primer modelo de equipo de pasteurización, en 1938, fue la creadora del primer intercambiador de calor de placas moderno .
Este diseño del intercambiador de calor proporciona un diseño eficiente de la superficie de intercambio de calor y, en consecuencia, las pequeñas dimensiones del propio aparato. Todas las placas del paquete son iguales, solo que giran una tras otra 180°, por lo tanto, cuando el paquete de placas se contrae, se forman canales por donde fluyen los líquidos involucrados en la transferencia de calor . Esta instalación de las placas asegura la alternancia de canales fríos y calientes.
El elemento principal del intercambiador de calor son placas de transferencia de calor hechas de aleaciones resistentes a la corrosión con un espesor de 0,4-1,0 mm mediante estampado en frío. En la posición de trabajo, las placas se presionan fuertemente entre sí y forman canales ranurados. En la parte frontal de cada placa, se instala una junta de contorno de goma en ranuras especiales, lo que garantiza la estanqueidad de los canales. Dos de los cuatro orificios de la placa proporcionan suministro y descarga del medio calefactor o calentado al canal. Los otros dos orificios están aislados adicionalmente con pequeños contornos de juntas que evitan la mezcla (desbordamiento) de los medios calefactores y calefactores. Se proporcionan ranuras de drenaje para evitar que se mezclen los medios en caso de que se rompa uno de los pequeños contornos de la junta.
El tortuoso flujo espacial de líquido en los canales contribuye a la turbulencia de los flujos, y el contraflujo entre el medio calentado y el calentado contribuye a un aumento en la diferencia de temperatura y, como resultado, a la intensificación de la transferencia de calor a resistencias hidráulicas relativamente bajas. Esto reduce drásticamente la deposición de incrustaciones en la superficie de las placas.
Con una gran diferencia en la tasa de flujo de los medios, así como con una pequeña diferencia en las temperaturas finales de los medios, existe la posibilidad de múltiples intercambios de calor de los medios por medio de una dirección similar a un bucle de sus flujos. En tales intercambiadores de calor, las tuberías de derivación para el suministro de medios están ubicadas no solo en la placa fija, sino también en la placa de presión, y los medios se mueven a lo largo de las placas deflectoras en una dirección.
Las juntas son uno de los elementos más importantes en el diseño de los intercambiadores de calor de placas. Los sellos en el intercambiador de calor aíslan y dirigen las corrientes de fluido adyacentes y evitan fugas. Los elementos son una junta de goma maciza y se fijan en ranuras especiales a lo largo del contorno de la placa.
El sistema de fijación de los sellos a las placas se utiliza tanto pegado como sin cola con la ayuda de cierres especiales. Para la producción de sellos, se utilizan 4 tipos de materiales estándar (NBR, EPDM, Viton I, Viton S), además, se utilizan una serie de materiales diseñados específicamente para aplicaciones no estándar.
Los tipos de sellos más comunes son:
- S187 VITON (FPM)
FP71 NBR (NITRILO)
GL-265 VITON (FPM)
XGM032 VITON GF/VAPOR
NT 500M VITON (FPM)
ET014C NBR (NITRILO)
S20 VITON GF/VAPOR
NT 250M VITON (FPM)
MA30W-FKMS-C/JUNTA ANILLO PICO (MA30W-FKMS-CLIP-anillo)
GL-85 NBR (NITRILO)
ET004C NBR (NITRILO).
La elección del material correcto afecta significativamente la vida útil de las juntas. Pero existen otros factores de los que depende la idoneidad de las juntas: condiciones de temperatura, caídas de presión, agresividad del medio, envejecimiento natural. Se ha establecido que una temperatura con indicadores inferiores al máximo permitido prolonga la vida útil.
En el proceso de transferencia de calor , los líquidos se mueven uno hacia el otro (en contracorriente). En los lugares donde pueden fluir, hay una placa de acero o un sello de goma doble , que prácticamente elimina la mezcla de líquidos.
El tipo de ondulación de las placas y su número instalado en el marco dependen de los requisitos operativos del intercambiador de calor de placas . El material del que están hechas las placas puede variar desde acero inoxidable económico hasta varias aleaciones exóticas capaces de trabajar con líquidos agresivos .
Los materiales de las juntas también difieren según las condiciones de uso de los intercambiadores de calor de placas . Comúnmente se utilizan varios polímeros basados en cauchos naturales o sintéticos .
Los intercambiadores de calor de placas son de los siguientes tipos:
Para los intercambiadores de calor de placas plegables, los siguientes parámetros son característicos:
Según el esquema de operación, los intercambiadores de calor se dividen en dos tipos:
El intercambiador de calor de un solo paso está diseñado para que cada medio fluya a través de los canales ranurados una vez.
Después de eso, el líquido ingresa al colector de recolección y de allí a la tubería.
Con este diseño, todas las tuberías de conexión están ubicadas en un lado del dispositivo, en una placa fija. La placa móvil se puede mover como desee, por lo que nada le impide desmontar el intercambiador de calor para su mantenimiento y reparación.
El circuito de paso múltiple se usa en los casos en que queda mucho calor en el medio de calentamiento después de un paso.
Esto se observa en los siguientes casos:
Las placas con solo dos puertos ubicados en un lado se agregan al casete de un intercambiador de calor de placas de paso múltiple. Debido a esto, cada medio fluye a través de los canales dos o más veces, de modo que el medio calentado absorbe mucho más calor del medio calefactor que con un circuito de un solo paso.
Durante el intercambio de calor, el movimiento de fluidos ocurre uno hacia el otro. La presencia de un elemento especial de acero o un sello de goma adicional ayuda a evitar la mezcla de líquidos en aquellos lugares donde existe la posibilidad de fugas.
Dependiendo de las condiciones bajo las cuales se planea operar un intercambiador de calor en particular, la cantidad de placas, así como el método de procesamiento de su superficie, pueden diferir. Esto también se aplica a los consumibles utilizados.
Por lo tanto, los fabricantes ofrecen no solo productos de acero inoxidable asequibles, sino también modelos hechos de aleaciones modernas que son resistentes a la exposición prolongada a ambientes agresivos.