catalogo intercambiadores de placas sedical

Intercambiadores de placas Sedical

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ÍNDICE

INTERCAMBIADORES DE PLACAS Pág.

La técnica P-FLOW/P-FLEXI 2 y 3

P-FLOW flujos paralelos. Entradas y salidas 4

Intercambiadores Multipasos 5

Denominación de los intercambiadores de placas P-Flow con flujos paralelos 6

Intercambiadores UFP con juntas. Modelos y dimensiones 8 y 9

Intercambiadores UFPB termosoldados. Modelos y dimensiones 10 y 11

Placas UFP para usos HVAC e Industriales. Juntas sin pegamento 12

Placas de doble pared UFPD 13

Placas semisoldadas UFPW 13

Placas de flujo libre UFPF 14

Potabilizadoras de agua de mar UFPAM 14

Placas termosoldadas UFPB 15

Placas circulares soldadas con láser UFPS 15

Intercambiadores para la industria alimentaria 16

Certificaciones 17

Materiales de las juntas y su utilización 18 y 19

Aplicaciones para motores de barcos, centrales de ciclos combinados y cogeneración 20

Esquemas de aplicaciones 21

Dimensionamiento de un intercambiador de placas 23 a 27

Aplicaciones industriales 28

Utilización del programa de cálculo 29

INTERCAMBIADORES DE PLACAS SEDICAL

2


DISEÑO BÁSICO DE LAS PLACAS P-FLOW DE FLUJOS PARALELOS

Composión de las placas P-Flow

Las placas P-Flow de flujos paralelos estáncompuestas por:

1. Placa con estampación en ángulos agudos. Dan como resultado, al combinarlas entre sí, canales del tipo L o de Theta baja.

2. Placa con estampación en ángulos obtusos. Dan como resultado, al combinarlas entresí, canales del tipo H o de Theta alta.

Sistema P-Flexi para la combinación decanales y superficies hidráulicas depaso

Con estas placas básicas y con diferentessuperficies hidráulicas de paso, podemos hacer unamplísimo número de combinaciones.

Combinaciones de ángulos

Canales M Combinación 50% de placas Ly H

Canales LH Combinación entre el 5 y el 95% de placas (L, H) y H

Canales LM Combinación entre el 5 y el 95% de placas (L, H) y H

Canales MH Combinación entre el 5 y el 95% de placas (L, H) y H

Combinaciones de superficies hidráulicas depaso (SHP)

La distinta profundidad de estampación de lasplacas de ángulos L y H, dan lugar a unas nuevasplacas con comportamientos térmicos distintos yque tienen aplicaciones específicas.

Estas nuevas placas de canales con SHP mayorespueden combinarse entre sí para formar losdistintos tipos de canales, pero no puedenmezclarse con placas de distinto SHP.

Diámetro hidráulico (dh)

Se denomina diámetro hidráulico a la distanciaentre dos placas cuando están apretadas en sucota mínima, dh = 2 x d (las placas se aprietan sinlas juntas).


3

SISTEMA P-FLEXI PARA LA COMBINACIÓN DE CANALES Y SUPERFICIESHIDRÁULICAS DE PASO

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COMBINACIÓN LH COMBINACIÓN LM

COMBINACIÓN MH COMBINACIÓN SHPy DIÁMETRO HIDRÁULICO dh


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PLACAS P-FLOW DE FLUJOS PARALELOS

ENTRADAS Y SALIDAS EN LA PLACA FRONTALF1 / F4 CIRCUITO CALIENTEF3 / F2 CIRCUITO FRÍO

ENTRADAS Y SALIDAS EN LA PLACA MÓVILB4 / B1 CIRCUITO CALIENTEB2 / B3 CIRCUITO FRÍO


5

Nuestro programa de fabricación incluye placas con una NTU de hasta 18.

No obstante, en algunos casos especiales se debe recurrir a una construcción multipaso.

En estos casos, las entradas y salidas de los circuitos ya no se encuentran solo en la placa fijadel intercambiador, sino que también ocupan la placa móvil.

Estas soluciones las obtendrán Uds. automáticamente desde nuestro programa de cálculo de intercambiadores de placas.

MULTIPASOS

1 PASO 2 PASOS

3 PASOS 4 PASOS


6

DENOMINACIÓN DE LOS INTERCAMBIADORES DE PLACAS P-FLOW CON FLUJOSPARALELOS

UFP - 20 3 / 257 LH 45 H - PN 16

PN 10, PN 16, PN 25

BASTIDORESC = Compacto PN 10 y PN 16H e IG = Con pata PN 10 y PN 16IS = Con pata y rueda PN 6, PN 10 y PN 16FG = Alimentaria con pata en AISI 304FS = Alimentaria con pata y rueda en AISI 304B = PN 25 para soldados

% Sistema P-Flexi

TIPOS DE CANALH = High ThetaL = Low ThetaM = Medium ThetaMH = Mezcla de canalLH = Mezcla de canalLM = Mezcla de canal

Número total de placas

Tamaño de placa para ese Ø

Ø de conexión en cm

UFP = Placa con juntaUFPD = Placa doble con juntaUFPW = Placa semisoldadaUFPF = Placa de flujo libreUFPB = Placas termosoldadas con CuUFPS = Placas circulares soldadas con láser

Vista de algunas placas del programa de fabricación


7

Proceso de montaje de seis intercambiadores modelo UFP-501 PN 16 de 11.628 kW cada uno para unacentral térmica de ciclo combinado de 2 x 800 MW.


8

– Diámetro de conexiones R 11/4” a DN 500

– Caudales hasta 4.200 m3/h por intercambiador

– Superficie de intercambio hasta 2.357 m2 por intercambiador

– Presiones de trabajo PN 6, 10, 16, 25 bar

– Más del 75% del programa con juntas sin pegamento

MODELOCONEXIONES

Nº y Ø

CAUDALMÁX.m3/h

Nº MÁX.DE PLACAS

SUPERFICIEPLACA

m2

COTASmm (1)

A B L

UFP-32UFP-34 4 x R1/4” 17,4 110

0,0420,084

180621896

620

UFP-51UFP-53UFP-55

4 x R 2” 42,4 3000,0740,1500,210

300694994

1.1942.030

UFP-101UFP-102UFP-103UFP-105

4 x DN 100 170,0 680

0,2400,2600,5000,670

480

1.2401.2401.8852.295

4.110

UFP-151UFP-152UFP-153UFP-155

4 x DN 150 382,0 650

0,4520,4600,6800,900

588

1.4501.4501.8522.254

4.110

UFP-157 4 x DN 100 170,0 650 1,120 588 2.654 4.110

UFP-201UFP-203UFP-205UFP-207UFP-208UFP-209

4 x DN 200 679,0 650

0,4600,6801,0001,3001,5202,200

770

1.4031.7032.1022.5052.8053.705

4.220

UFP-251 4 x DN 250 1.060,0 1.000 1,150 875 2.219 6.250

UFP-301UFP-303UFP-305UFP-307UFP-309

4 x DN 300 1.527,0 900

0,8401,2601,9642,6252,580

970

1.7662.1762.8063.4363.525

6.240

UFP-401UFP-403

4 x DN 400 2.715,0 9401,4802,150

1.2602.2812.772

6.290

UFP-501 4 x DN 500 4.241,0 900 2,100 1.370 2.767 6.270

UFPW-101UFPW-103

2 x DN 80 y2 x DN 100

1 x 109,01 x 170,0

4000,2640,440

4801.0261.426

3.054

UFPW-151 4 x DN 150 382,0 400 0,600 608 1.602 3.107UFPW-201 4 x DN 200 679,0 400 0,500 770 1.604 3.254

UFPF-51 4 x DN 50 42,4 300 0,275 370 1.505 4.100UFPF-101 4 x DN 100 170,0 400 0,572 532 1.810 4.133

UFPF-201UFPF-203UFPF-205

4 x DN 200 679,0 4001,1111,4412,290

8002.1042.5052.705

6.143

UFPF-301 4 x DN 300 1.527,0 160 1,620 1.120 2.628 3.210

(1) Cotas máximas correspondientes a los bastidores IS con pata y rueda de desplazamiento.

PLACAS P-FLOW CON JUNTAS DESMONTABLES


9

PARA UNA SELECCIÓN OPTIMIZADA, CONSULTE NUESTRO PROGRAMA DE CÁLCULO ASISTIDO POR ORDENADOR.

BASTIDORES, DIMENSIONES

Bastidor IS-PN 25

32 y 34 C 51, 53 C

31, 33, 51, 53, 55, 101,102, 103 y 105 H e IG

101 a 501 IS

C Compacto PN 10 yPN 16

H e IG Con pata PN 10, PN 16IS Con pata y rueda PN 6,

PN 10, PN 16 y PN 25


10

PLACAS P-FLOW TERMOSOLDADAS CON FLUJOS PARALELOS

Presión máxima de trabajo ................................................................................................ 30 bar

Temperaturas de trabajo .................................................................................. –180oC a +200oC

Material de las placas ....................................................................................... AISI 316 (1.4401)

Material de la soldadura .................................................................... Cobre al 99,9% de pureza

Para usos con vapor, ver pág. 19


11

TAMAÑOS DE PLACAS

Interior de una conexión DN 100 del UFPB-101

PLACANº DE PLACAS

YØ DE CONEXIONES

CAUDAL MÁX.m3/h

Nº MÁX.DE PLACAS

SUPERFICIEPLACA

m2

DIMENSIONESmm

H H1 B B1 L

UFPB-21

UFPB-40

UFPB-41

UFPB-43

UFPB-61

UFPB-101

4 x R 3/4”

4 x R 1” ó 11/2”

4 x R 1” ó 11/2”

4 x R 11/2”

4 x R 21/2”4 x DN 100

6,0

16,0

16,0

16,0

66,0

156,0

48

100

100

150

200

200

0,023

0,032

0,034

0,070

0,140

0,330

315

306

292

496

607

1.180

278

250

242

446

520

862

76

106

115

115

237

474

40

50

65

65

150

239

N x 2,1+30

N x 2,1+30

N x 2,1+30

N x 2,1+30

N x 2,8+49

N x 2,4+30

N = número de placas

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Placas para usos HVAC e industriales

El mayor programa de fabricación de placas condiámetros de conexión R 11/4” a DN 500 y unasuperficie de placa desde 0,042 m2 a 2,625 m2.

Materiales en AISI 316, titanio, 254 SMO, etc.

Juntas de nitrilo, EPDM y vitón.

Temperaturas de funcionamiento desde -20oC a+150oC (especiales hasta 180oC).

Presiones de trabajo de PN 6, PN 10, PN 16 y PN 25.

Caudales hasta 4.200 m3/h.

Bastidores reforzados.

Pinturas especiales del bastidor.

Capó de protección.

Bandeja de condensados en acero inoxidable.

Códigos de diseño:

• AD Merkblätter

• ASME III

• BS 5500

• PED

Juntas sin pegamento

Más del 75% de nuestro programa de fabricaciónincorpora juntas exentas de pegamento, aunqueexcepcionalmente también pueden suministrarsepegadas.


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Placas doble pared UFPD

Diámetro de conexiones desde R 11/4” a DN 500.

Seguridad

El sistema Sedical Safe garantiza que siempre quedeun espacio de aire entre dos placas. Una fuga en unade ambas placas tiene como consecuencia que elproducto bien pasa al aire entre las placas o a travésdel canal de desagüe a la parte de entrada/salida. Asíqueda asegurado que ambos medios no se mezclen.

Selección del material

Es posible utilizar uno o dos tipos diferentes demateriales de placas en un par de placas, es decir,titanio/AISI. Esto permite reducir drásticamente loscostes de material y el precio de venta. Las juntassuministrables son de NBR, EPDM y Vitón.

Utilización

• Pasteurización de leche y nata.• Agua sanitaria para la fabricación de

alimentos• Agua para inyección médica / agua muy

pura• Industria nuclear por motivos de seguridad• Calefacción de distritos / Agua de la red• Refrigeración de motores• Refrigeración de aceite de transformadores

Placas semisoldas UFPWDiámetros de conexiones desde DN 100 a DN 500.

Placas soldadas por láser.

Idóneas para NH3.

Las placas semisoldadas están fabricadas en uncassette de dos placas.

El cassette está formado por la unión de dos placas,semisoldadas por medio láser.

La ventaja de esta construcción es que un lado tiene uncanal de placas semisoldado y el otro lado un canal deplaca con junta tradicional, facilitando el ensamblaje y lalimpieza de este lado.

En las esquinas del lado soldado hay dos juntas conagujero, hechos especialmente para crear la tensiónentre los dos cassettes.

Por ello, la junta se reduce al mínimo en el ladosoldado.

Utilización

• Evaporadores y condensadores.• Alta presión de trabajo.• Menor área de junta• Funcionamiento seguro sin fugas


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Placas de flujo libre UFPF

Diámetro de conexiones DN 50 a DN 300.Sedical ha desarrollado un auténtico intercambiador deplacas de “FLUJO LIBRE”.Las placas no tienen contacto metálico entre ellas yestán construidas para líquidos con fibras de hasta 2mm de diámetro y 5 mm de longitud.La superficie de flujo tiene una distancia de 5 mm paraque no se acumulen fibras en las placas. Losintercambiadores de PLACAS DE FLUJO LIBRE deSedical se pueden limpiar fácilmente con sistemas CIPsin desmontar las placas.La longitud térmica del intercambiador de placas esmuy ventajosa. Pueden solucionarse muchasaplicaciones con un flujo con conexiones en la placafija.

VentajasAuténticas placas de “FLUJO LIBRE” sin contactometal/metal alguno.

Utilización• Refrigeración/calentamiento de productos con

fibras, p. ej., zumos de frutas• Pasteurización de nata y helado viscoso• Calentamiento y refrigeración de yogur• Refrigeración de mosto de cerveza• Refrigeración de mostaza y salsas de tomate• Tratamiento térmico general de alimentos

bombeables• Tratamiento térmico de productos derivados de la

leche sensibles a la temperatura• Recuperación de calor de productos industriales

sucios, como agua, celulosa, etc.

Potabilizadoras de agua de mar UFPAMCapacidad 5 - 150 t/24 hEl destilador de agua potable de Sedical utiliza el calorde refrigeración de la camisa de un motor diesel paraproducir agua potable pura por la evaporación de aguade mar bajo un gran vacío, permitiendo al agua dealimentación evaporarse a temperaturas por debajo de48oC. También puede ser utilizado vapor como fuentede calor en vez de agua caliente.El destilador de agua Sedical se compone de dosintercambiadores de placas de titanio de Sedical,actuando como evaporador y condensador,respectivamente.La cámara del evaporador se mantiene bajo vacío porun inyector de agua, conducido por el agua de mar quesale del condensador. Una parte de este agua de marcalentada se utiliza como agua de alimentación para elevaporador. El agua de alimentación se evapora en lacámara de evaporación debido al vacío existente. Elaerosol del agua y las gotitas son eliminadas del vaporen parte por un deflector montado encima delevaporador y en parte por un separador de partículasincorporado.Las gotitas de agua separadas caen en una salmueraextraída del colector por medio de una bomba eyectora.El vapor desalado que pasa a través del separador departículas será aspirado a través del condensador deplacas, donde se condensará por medio del aguasalada fría de entrada.El agua pura destilada saldrá por medio de una bombaintegral de agua potable. El agua pura que ha salido delcondensador se controlará por un medidor de salinidadpara supervisar que se alcance la salinidadpreestablecida (1-10 p.p.m.).


15

Placas termosoldadas UFPB

Diámetro de conexiones desde R 3/4” a DN 100.

Al contrario de los tradicionales intercambiadores deplacas, los intercambiadores de placas termosoldadasno contienen juntas de goma y, de este modo, puedentrabajar de forma continua a temperaturas de -180oChasta +200oC. La presión de funcionamiento puede sertan alta como 30 bar.

El diseño de los intercambiadores de placastermosoldadas proporciona unos intercambiadoresligeros, que en la mayoría de los casos pueden sermontados directamente en la tubería sin soportes.

Utilización

El intercambiador de placas termosoldadas de Sedicalpuede ser utilizado por líquidos calientes o fríos limpios,que no deben contener partículas ni suciedad. Además,los intercambiadores de placas termosoldas de Sedicalestán disponibles como unidades de evaporación ycondensación.

• Calefacción centralizada, calefacción individual y refrigeración

• Calefacción solar y unidades de aire acondicionado• Bombas de calor y unidades de recuperación de

calor• Unidades hidráulicas y de fuel-oil• Condensadores• Evaporadores• Recuperadores

Intercambiadores de placas circularessoldadas UFPS

Diámetro de conexiones desde R 3/4” a DN 150 lado deplacas.

Este intercambiador de placas trabaja como unintercambiador de tubos, pero con la diferencia de quelos tubos se sustituyen por placas más eficaces.

Las placas se sueldan mediante láser/TIG, formando unpaquete de placas. Este paquete de placas va montadoen un tubo redondo tradicional.

Ventajas

• Sin juntas• Funcionamiento seguro sin fugas• Temperaturas de trabajo altas, hasta 250oC• Presiones de trabajo altas, hasta 25 bar• Valores K altos• Flujo de líquido reducido• Ahorra espacio• Mantenimiento sencillo

Utilización Material constructivo

• Calor a distancia • AISI 304• Intercambiador de vapor • AISI 316• Intercambiador de aceite • Titanio• Evaporador • 254 SMO• Condensador

Carcasa Conexiones

• Acero • Bridas según todas• Acero inoxidable las normas

• Roscas


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Intercambiadores para la industria alimentaria conla aprobación 3A con bastidor FS

INDUSTRIA ALIMENTARIA

Sedical tiene una amplia gama deintercambiadores de placas diseñadosespecíficamente para su uso en la industriaalimentaria.

Aplicaciones

• Pasteurizadoras multi-sección para leche, soluciones azucaradas, zumos de fruta, aceite vegetal, cerveza, etc.

• La foto muestra una pasteurizadora de tres secciones con bastidor de acero inoxidable higiénico, dos bastidores intermedios y conexiones higiénicas.

Características principales

• Placas sanitarias diseñadas para conseguir una distribución óptima del producto sobre la superficie total de la placa. Aprobadas con la norma americana 3A, juntas libres de pegamento, aprobación FDA.

• Sistema patentado de guía de fijación para asegurar el correcto alineamiento de las placas.

• La profundidad de la junta estriada produce una menor área de exposición al producto. Esto reduce la probabilidad de que la junta se salga y de contaminación del producto.


17

CERTIFICACIONES DE APROBACIÓN POSIBLES, CON

• American Bureau of Shipping

• Arbejds Tilsynet

• Bureau Veritas

• China Classification Society

• Det Norske Veritas

• Germanischer Lloyd

• Inspecta Oy

• Korean Register of Shipping

• Lloyds Register of Shipping

• Nippon Kaiji Kyokai

• Pressure Equipment Directive EU

• Registro Italiano Navale

• Russian Maritime Register of Shipping

• Swedac Ackreditering Quality

• Technisher Überwachungs-Verein

• Urzad Dozuru

• Technicznego


18

TECNOLOGÍA ADAPTABLE A CUALQUIER SOLUCIÓN

JuntasNuestras juntas están exentas de pegamento enmás de un 75% del programa de fabricación deplacas.La sujeción es mediante clips que permitenrealizar unas mejores labores de limpieza osustitución.Las calidades normalmente empleadas son lassiguientes:

NBR (p) Nitrilo peróxidoEs más resistente que el nitrilo normal y muyresistente a los aceites e hidrocarburos.Su elevada composición de acrilonitrilo aumentala resistencia a la combinación temperatura/presión.Tiene una muy buena memoria elástica, (retorno ala dimensión inicial) después de deformacionesdebidas al enfriamiento o calentamiento de losintercambiadores.Esta calidad de junta está especialmenteaconsejada para funcionamientos discontínuos oa temperaturas muy variables de losintercambiadores.

EPDM (p) peróxidoEste polímero posee unas muy buenaspropiedades mecánicas unidas a una excelenteresistencia al envejecimiento.No obstante, las juntas de EPDM (p) tienen unamemoria elástica peor que la del NBR (p) ypueden generar pequeñas fugas durante losprocesos de enfriamiento, calentamiento y paradadel intercambiador.Este fenómeno desaparece en régimen normal defuncionamiento.Esta calidad de junta está especialmenteaconsejada en aquellos procesos de intercambiotérmico con temperaturas y presiones altas cuyorégimen de funcionamiento es muy estable.

Flúor G, Vitón B, Vitón-FPMSon juntas con una excelente resistencia a lasagresiones químicas que se utilizan en procesosespeciales donde las juntas de NBR(p) o EPDM(p) no resistirían.Tienen precios sensiblemente más elevados.

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19

CALIDAD DE PLACAS Y JUNTAS

Características de los materiales de las placas

FLUIDO PRIMARIO FLUIDO SECUNDARIOCALIDAD DE LAS

JUNTASCALIDAD DE LA PLACA

AG

UA

GLICOLADA 20% AL 50% AGUA NITRILO 304 ó 316

HASTA 120oC y 16 barHASTA 150oC y 6 bar

AGUA EPDM 304 ó 316

HASTA 90oC y 12 bar AGUA NITRILO 304 ó 316

TERMAL HASTA 120oC y 16 bar AGUA NITRILO / EPDM TITANIO

AGUA DE MAR AGUA o AGUA DE MAR NITRILO / EPDM TITANIO

AGUA DE RÍO o POZO AGUA NITRILO 316 ó TITANIO

VAP

OR

VAPOR HASTA 4 bar AGUA EPDM 316

VAPOR HASTA 0,5 bar ACEITES NITRILO 316

VAPOR HASTA 4 bar AGUA DE PROCESOS EPDM 316

AC

EIT

E ACEITES SAE AGUA NITRILO 304

ACEITE VEGETAL AGUA NITRILO 316

AISI 304 - Fe / Cr 18 / Ni 10

Acero inoxidable austenítico con una estructura cúbica de caras centradas. Resistente a la corrosión. Densidad 7,93g/cm3.

AISI 316 - Fe / Cr 18 / Ni 10 / Mo 3

Acero inoxidable austenítico con una estructura cúbica de caras centradas. Se ha añadido MO para aumentar suresistencia a la corrosión, especialmente en entornos que contienen cloruros.

Existe el AISI 316 L que se utiliza para piezas que deben ser soldadas. Densidad 7,96 g/cm3

MONEL® alloy 400 - Ni 65 / Cu 33 / Fe 2

Acero inoxidable con una aleación de níquel/cobre que le hace muy resistente a la corrosión salada y de solucionesácidas o alcalinas. Densidad 8,84 g/cm3.

HASTELLOY C 276® - Ni 57 / Mo 17 / Cr 16 / Fe / W / Mn

Acero inoxidable muy resistente a la alta temperatura y su alto contenido en molibdeno le hace muy resistente a lacorrosión química. Densidad 8,94 g/cm3.

INCOLOY® alloy 800 - Ni 32,5 / Cr 21 / Cn 1 / Fe

Acero inoxidable resistente a la oxidación y a las temperaturas elevadas. Densidad 7,95 g/cm3.

254 SMO - Cr 20 / Ni 18 / Mo 6,5 / Mn 1 / Fe

Acero inoxidable austenítico de estructura cúbica de caras centradas. Resistente a la corrosión del ácido clorhídrico ysulfúrico. Densidad 7,94 g/cm3.

TITANIO

Es un metal que puede obtenerse mediante magnesiotérmia, es decir, reduciendo a temperatura elevada el tetraclorurode titanio con magnesio. Forma un recubrimiento de un óxido protector.

Resistente a la corrosión de aguas termales y agua de mar. Densidad 4,5 g/cm3.


20

APLICACIONES PARA MOTORES DE BARCOS, CICLOS COMBINADOS YCOGENERACIÓN

MÓDULO ENFRIADOR DE ACEITE Y AGUA EN UN SOLO BASTIDOR

SISTEMA CENTRAL DE REFRIGERACIÓN


21

Esquema de instalación para diferenciales grandes de caudal entre primario y secundario (fan-coil, etc.)

Esquema de instalación para usos con vapor seco y diferencia de temperaturas de entrada máxima de 70oCTª entrada primario-Tª entrada secundario <70oC

NOTA

(1) La válvula de regulación debe ser sin corrientecerrada mediante muelle o cualquier otro sistema.También se puede colocar una electroválvula querealice esta función.

Si hay resistencia a la evacuación de los condensados,instalar un sistema de evacuación mediante depósito ybomba de condensados (consultar).

Leyenda

1 Llave de cierre

2 Filtro

3 Separador de gotas

4 Reguladora de presión

5 Manómetro con válvula

6 Válvula regulación

7 Válvula rompe-vacíos

8 Sonda de temperatura

9 Válvula de seguridad

10 Desagüe

11 Purgador de condensados

12 Válvula antirretorno

13 Termostato de seguridad

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22

Ensayo de presión diferencial. Circuito 1 a 0 bar, circuito 2 a 20 bar

Montaje y ensayo de intercambiadores


23

Dimensionamiento de un intercambiador de placas

— Los Intercambiadores de placas P-Flow Sedical están previstos para intercambiar calor entre dos fluidos que puedenser líquido/líquido o vapor de agua/líquido.

— Deben ser evitados los sólidos en suspensión cuyas medidas excedan de un diámetro de 1 mm y longitudes de másde 2 mm, excepto las placas UFPF de flujo libre, ver pág. 12.

— Cuando uno de los líquidos o los dos no sean agua, deben conocerse los siguientes datos:

1. Peso específico en kg/m3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . γ2. Calor específico en kcal/kg, °K . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ce3. Conductividad térmica en kcal/m2 h, °K . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . λ4. Viscosidad media en mPa ✕ s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vm5. Viscosidad pared en mPa ✕ s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vp

— Para determinar la potencia de intercambio, se utilizará la fórmula:P = m3/h ✕ γ ✕ ce ✕ dt/860 . . . . . . . . . . . en kW

Debemos comprobar que la potencia térmica es la misma en los dos circuitos.Para dejar claros los conceptos, lo mejor es acudir a la resolución de un ejemplo.

Vamos a analizar un problema de refrigeración del aceite SAE 40 de un motor mediante un intercambiador de placas yun caudal de agua.

Potencia de intecambio 470 kW

Sobredimensión 5%

Pérdidas de carga iniciales 40 kPa. Se deberá hacer una propuesta para ofrecer un intercambiador optimizadoaceptándose pérdidas de carga de hasta 120 kPa.

Fluido Caudal m3/h T °C T °C dt °C tm °C

SAE 40 99,8 69,6 60,0 9,6 64,8

H2O 101,9 39,0 35,0 4,0 37,0

[(69,6 - 39,0) - (60,0 - 36,0)]DTLM = ———————————————––––––––––––= 27,7 °C

(69,6 - 39,0)Ln ———————–––––––––[ (60,0 - 35,0) ]

Potencia de Intercambio:Lado agua: P = 101,9 ✕ 993 ✕ 1 ✕ 4 ✕ 1/860 = 470 kWLado aceite: En este caso debemos saber que:

– el peso específico es de 870 kg/m3

– el calor específico es de 0,485 kcal/kg, °C

Aplicando la fórmula tendremos: P = 99,8 ✕ 870 ✕ 0,485 ✕ 9,6 ✕ 1/860 = 470 kW.

Para completar los datos debemos saber cuáles son las viscosidades media y pared.

La viscosidad media, vm, es aquella que tiene el fluido a la temperatura media de entrada y salida.

En este caso, la tm = 64,8°C.

La viscosidad del aceite SAE 40 a 64,8°C es de 40,5 mPa ✕ s.

La viscosidad pared, vp, es aquella que tiene el fluido a la temperatura media de pared del intercambiador.

La viscosidad pared del aceite SAE 40 a 37°C es de 169,3 mPa ✕ s.

Si ahora llevamos estos datos al ordenador, tendremos de inmediato una oferta inicial para una Δp de 40 kPa y unasobredimensión de un 5%.

Hemos obtenido un intercambiador Sedical tipo UFP-102/122 MH con 31,2 m2 de superficie de intercambio y con uncoeficiente de transmisión global limpio de 574,1 W/m2, °K.

En en ordenador, aparecen una serie de conceptos de los cuales, por su importancia, vamos a pasar a analizar cuatrode ellos:

1. Factor de ensuciamiento (fouling-factor) ff, Número de Reynolds y Tensión de corte.2. El coeficiente de transmisión global SUCIO.3. El coeficiente de transmisión global LIMPIO.4. El sobredimensionamiento del Intercambiador.


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1. Factor de ensuciamiento en los intercambiadores de placas.

Dos son los factores que han de tenerse en cuenta a la hora de definir los factores de ensuciamiento en el cálculo delos intercambiadores de calor de placas:

1.1. Debido a la corrugación de la placa, los canales formados por las dos placas son muy tortuosos y, comoconsecuencia, para números de Reynolds bajos, se obtienen regímenes turbulentos, lo que disminuye laposibilidad de ensuciamiento de la superficie de transmisión.

1.2. La corrugación de las placas se obtiene por prensado en frío, por lo que las superficies en contacto con loslíquidos, son prácticamente superficies pulidas que disminuyen la posibilidad de adherencia de los sólidos ensuspensión.

El factor de ensuciamiento define una sobredimensión dada al intercambiador para compensar la pérdida de eficienciacomo consecuencia del ensuciamiento de las superficies de transmisión de calor, y evita la ampliación de los períodosde mantenimiento.

Para determinar la pérdida de carga y la sobredimensión óptimas de un intercambiador, tenemos que tener en cuenta,además del número de Reynolds, la tensión de corte (Shear stress).

Las fórmulas son respectivamente:

w ✕ dhRe = ——–––—––––––––

ϑ

Siendo: w = Velocidad en mm/s

dh = Diámetro hidráulico (mm)

ϑ = Viscosidad cinemática en mm2/s

Re = Número adimensional

Δp ✕ dz = ——–––—––––––––

2 ✕ H1

Siendo: Δp = Pérdida de carga en Pa

d = Profundidad de estampación en mm

H1 = Longitud del canal de intercambio de la placa en mm

z = Tensión de corte en Pa

Es extremadamente difícil establecer cuándo un intercambiador está trabajando en flujo turbulento o laminar sólo conel número de Reynolds, sobre todo cuando puede estar en una zona de transición entre ambos.

Para mejorar la selección con números de Reynolds dudosos, nos apoyaremos en la tensión de corte que, en general,debe ser mayor que 50 Pa.

Para los aceites SAE se estima que con un número:

Re < 20 es flujo laminar

Re > 20 < 90 es flujo de transición

Re > 90 es flujo turbulento

Si tomamos el ejemplo que estamos considerando vamos a calcular el NTU:

NTU1 = dt1°C/DTLM = 9,6/27,7 = 0,347

NTU2 = dt2°C/DTLM = 4,0/27,7 = 0,144

Estas NTU nos indican que el problema de intercambio térmico es fácil de solucionar porque todas las placas suelentener una NTU constructiva >1.


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Para optimizar el intercambiador vamos a hacer uso del programa nuevamente, y vamos a estudiarlo con 3 Δpdiferentes.

A.) 40 kPa

Modelo UFP-102/122 MH de 31,2 m2 de superficie útil de intercambio

w1 = 320 mm/s Δp1 = 40.600 Pa Re1 = 51w2 = 320 mm/s Δp2 = 21.100 Pa Re2 = 2.985z1 = 93,48 Paz2 = 55,44 Pa

B.) 80 kPa



C.) 120 kPa



D.) En la salida de datos del programa, además del UFP-101/79 MH, también nos aparece el:

Modelo UFP-151/44 LM de 18,96 m2 de superficie útil de intercambio

w1 = 1.100 mm/s Δp1 = 124.600 Pa Re1 = 110w2 = 1.070 mm/s Δp2 = 74.100 Pa Re2 = 6.264z1 = 144,72 Paz2 = 99,94 Pa

Este intercambiador trabajará en régimen turbulento, pero su precio es un 63% más caro que el de la opción C.) y un27% más caro que la opción B).

La selección deberá entonces realizarse de acuerdo con la ingeniería y el fabricante del motor, contemplando ademáslos consumos eléctricos de las bombas, presiones disponibles, etc.

Para continuar con el ejemplo, tomaremos la opción B.), el UFP-102/86 MH.

2. El coeficiente de transmisión global sucio Ko

El coeficiente de transmisión global sucio Ko viene dado por la fórmula:

1/Ko = 1/α1 + 1/α2 + ∂/λ + ff

Donde:

Ko = coeficiente de transmisión global sucio

a1 = coeficiente de transmisión del fluido 1

a2 = coeficiente de transmisión del fluido 2

∂/λ = coeficiente de transmisión característico de la placa

ff = factor de ensuciamiento considerado


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3. Coeficiente de transmisión global limpio KL

A la suma de los coeficientes de transmisión de los fluidos más el coeficiente específico de la placa se denominaCOEFICIENTE DE TRANSMISIÓN LIMPIO KL, tendremos:

1/KL = 1/Ko – ff

Es decir, que KL es el coeficiente de transmisión global obtenido del intercambiador limpio para un ff = 0.

Realmente, el coeficiente global de intercambio térmico que nos importa conocer para resolver el problema es el Kr ocoeficiente de intercambio requerido y que depende, además de las características del fluido o fluidos, de laslimitaciones que el proyectista imponga en cuanto a pérdidas de carga, sobredimensionamiento, factor deensuciamiento, etc.

4. Sobredimensionamiento del intercambiador. Coeficiente de transmisión global requerido Kr.

Por otro lado, el Kr o coeficiente de transmisión requerido para resolver el problema térmico viene dado por:

P PKr = ——–––––––––— y a = ——–––––––––—

a ✕ DTLM Kr ✕ DTLM

Donde:

Kr = coeficiente de transmisión requerido en W/m2, °CP = potencia de intercambio en Wa = área necesaria en m2

DTLM = diferencia de temperatura logarítmica media

La relación entre el Kr y el KL se expresa como sobredimensión mediante la siguiente ecuación:

KL – KrSobredimensión % = ——–––––––––— ✕ 100Kr

En el ejemplo que estamos considerando:

Potencia de intercambio: 470 kW = 470.000 WDTLM: 27,7°CSuperficie de intercambio: 21,83 m2

Sobredimensión: 5%

Donde:

470.000Kr = ——––––––––––––––— = 777,25 W/m2, °K

21,83 ✕ 27,7

Por otro lado, el KL se obtendrá de la fórmula:

KL – Kr KL – 777,25Sob. % = ——–––––––––— 0,05 = —––—––––––––––—

Kr 777,25

KL = 0,05 ✕ 777,25 + 777,25 = 781,14 W/m2, oK

Y de acuerdo con:

1 1—––—= —––— + ff

Kr KL

1 1—–––––––— = —–––––––— + ff777,25 781,14

1 1ff = —–––––––— – —–––––––— = 64 ✕ 10–6 m2, h, oK/W

777,25 781,14


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ff = 55 ✕ 10–6 m2, h, oK/kcal

Resumiendo:

Kr = 777,25 W/m2, oK para un ff = 64 ✕ 10–6 m2, h, oK / WKL = 781,14 W/m2, oK para un ff = 0Sobredimensión % = 5%

Si deseamos conocer el espesor de la capa “ensuciante” podremos hacerlo mediante la fórmula:

ff = ∂/λ

Conociendo el coeficiente de conductividad térmica de la capa “ensuciante” y el ff que hemos dado, multiplicado por0,5, dado que sólo le corresponde la mitad al canal considerado, podemos despejar:

∂ = ff ✕ λ ✕ 0,5 que nos dará el espesor de la capa “ensuciante” en metros.

L’Oceanogràfic - Valencia


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APLICACIONES INDUSTRIALES

Algunas aplicaciones industriales

• Cogeneración• Sistemas de calefacción y refrigeración de

centrales de ciclo combinado para aire acondicionado.

• Recuperación de calor y calentamiento de aguaen mataderos.

• Calentamiento de aluminado sódico, solucionescáusticas y calentamiento y enfriamiento desoluciones en la industria de la alúmina.

• Sistemas de refrigeración de agua de mar porcircuito cerrado en alta mar.

• Enfriadoras en centrales eléctricas, refrigeraciónauxiliar, enfriadoras de agua y de condensados.

• Refrigeración de hornos, líneas de extrusión yfábricas de laminación en la industriametalúrgica.

• Calentamiento y refrigeración de ácidosminerales orgánicos.

• Calentamiento y refrigeración de cianurocáustico en la industria del oro.

• Refrigeración de aceite lubricante en tierra y enalta mar.

• Refrigeración de petróleo crudo.• Recuperación del calor del agua geotérmica.• Refrigeración de agua de motores, agua de

soldadura y pinturas en la industriaautomovilística.

• Recuperación de calor en industrias de pastapapelera.

• Calentamiento de soluciones de sulfúrico en laindustria de los anodizados.

• Agua o aceite de motor/agua

Intercambiador de placas para un proceso de refrigeración de motores de cogeneración con acumulacióntermica de hielo.

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UTILIZACIÓN DEL PROGRAMA DE CÁLCULO

Para una selección optimizada del programa de intercambio térmico, ponemos a su disposición unprograma de cálculo asistido por ordenador, donde puede Ud. seleccionar la solución más interesante enfunción de:

• Ø de conexiones

• Superficie optimizada

• Materiales específicos

• Presión de trabajo

• Precio más económico

• Tamaño y peso más reducido

• Pérdida de carga y velocidades de flujo más adecuadas

• Tensión de corte en los circuitos

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