Intercambiadores Intercamb iadores de placas Sedical
ÍNDICE INTERCAMBIADORES DE PLACAS La técnica P-FLOW/P-FLEXI
Pág.
2y3
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 co con juntas. Modelos y dimensiones Intercambiadores UFPB termosoldados. Modelos y dimensiones
8y9 10 y 11
Placas UFP pa 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 1 9
Apl plic icac acio ione nes s pa para ra mo moto tore res s de ba barc rcos os,, ce cent ntrral ales es de cic iclo los s com ombi bina nado dos s y cog ogen ener erac ació ión n
20
Esquemas de aplicaciones
21
Dimensionamiento de un intercambiador de placas
23 a 27
Aplicaciones industriales
28
Utilización del programa de cálculo
29
1
ÍNDICE INTERCAMBIADORES DE PLACAS La técnica P-FLOW/P-FLEXI
Pág.
2y3
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 co con juntas. Modelos y dimensiones Intercambiadores UFPB termosoldados. Modelos y dimensiones
8y9 10 y 11
Placas UFP pa 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
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Certificaciones
17
Materiales de las juntas y su utilización
18 y 1 9
Apl plic icac acio ione nes s pa para ra mo moto tore res s de ba barc rcos os,, ce cent ntrral ales es de cic iclo los s com ombi bina nado dos s y cog ogen ener erac ació ión n
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Esquemas de aplicaciones
21
Dimensionamiento de un intercambiador de placas
23 a 27
Aplicaciones industriales
28
Utilización del programa de cálculo
29
1
INTERCAMBIADORES DE PLACAS SEDICAL DISEÑO BÁSICO DE LAS PLACAS P-FLOW DE FLUJOS PARALELOS
Composión de las placas P-Flow Las placas P-Flow de flujos paralelos están compuestas por: 1. Pla Placa ca con con estamp estampaci ación ón en ángul ángulos os agudos agudos.. Dan como resultado, al combinarlas entre sí, canales del tipo L o de Theta baja. 2. Pla Placa ca con con estamp estampaci ación ón en ángul ángulos os obtus obtusos. os. Dan como resultado, al combinarlas entre sí, canales del tipo H o de Theta alta.
2
Sistema P-Flexi para la combinación de canales y superficies hidráulicas de paso Con estas placas básicas y con diferentes superficies hidráulicas de paso, podemos hacer un amplísimo número de combinaciones.
Combinaciones de ángulos Combinación 50% de placas L Canales M yH Combinación entre el 5 y el Canales LH 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 de paso (SHP) La distinta profundidad de estampación de las placas de ángulos L y H, dan lugar a unas nuevas placas con comportamientos térmicos distintos y que tienen aplicaciones específicas. Estas nuevas placas de canales con SHP mayores pueden combinarse entre sí para formar los distintos tipos de canales, pero no pueden mezclarse con placas de distinto SHP. Diámetro hidráulico (dh) Se denomina diámetro hidráulico a la distancia entre dos placas cuando están apretadas en su cota mínima, dh = 2 x d (las placas se aprietan sin las juntas).
INTERCAMBIADORES DE PLACAS SEDICAL SISTEMA P-FLEXI PARA LA COMBINACIÓN DE CANALES Y SUPERFICIES HIDRÁULICAS DE PASO
COMBINACIÓN LH
COMBINACIÓN LM
(100-n)%
(100-n)% n%
L
n%
L H
M H
COMBINACIÓN MH
M
COMBINACIÓN SHP y DIÁMETRO HIDRÁULICO dh
(100-n)% %n
d
M H
d dh
H
3
INTERCAMBIADORES DE PLACAS SEDICAL PLACAS P-FLOW DE FLUJOS PARALELOS
B1 B2
B4 B3
F1 F2
F4 F3
F1 F2
F4 F3 ENTRADAS Y SALIDAS EN LA PLACA FRONTAL F1 / F4 CIRCUITO CALIENTE F3 / F2 CIRCUITO FRÍO ENTRADAS Y SALIDAS EN LA PLACA MÓVIL B4 / B1 CIRCUITO CALIENTE B2 / B3 CIRCUITO FRÍO 4
INTERCAMBIADORES DE PLACAS SEDICAL MULTIPASOS 1 PASO
2 PASOS
3 PASOS
4 PASOS
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 fija del intercambiador, sino que también ocupan la placa móvil. Estas soluciones las obtendrán Uds. automáticamente desde nuestro programa de cálculo de intercambiadores de placas. 5
INTERCAMBIADORES DE PLACAS SEDICAL DENOMINACIÓN DE LOS INTERCAMBIADORES DE PLACAS P-FLOW CON FLUJOS PARALELOS UFP - 20
3
/
257
LH
45
H
-
PN 16 PN 10, PN 16, PN 25 BASTIDORES C = Compacto PN 10 y PN 16 H e IG = Con pata PN 10 y PN 16 IS = Con pata y rueda PN 6, PN 10 y PN 16 FG = Alimentaria con pata en AISI 304 FS = Alimentaria con pata y rueda en AISI 304 B = PN 25 para soldados
% Sistema P-Flexi TIPOS DE CANAL H = High Theta L = Low Theta M = Medium Theta MH = Mezcla de canal LH = Mezcla de canal LM = Mezcla de canal Número total de placas Tamaño de placa para ese Ø Ø de conexión en cm UFP = Placa con junta UFPD = Placa doble con junta UFPW = Placa semisoldada UFPF = Placa de flujo libre UFPB = Placas termosoldadas con Cu UFPS = Placas circulares soldadas con láser
Vista de algunas placas del programa de fabricación 6
INTERCAMBIADORES DE PLACAS SEDICAL
Proceso de montaje de seis intercambiadores modelo UFP-501 PN 16 de 11.628 kW cada uno para una central térmica de ciclo combinado de 2 x 800 MW. 7
INTERCAMBIADORES DE PLACAS SEDICAL PLACAS P-FLOW CON JUNTAS DESMONTABLES – 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
MODELO
UFP-32 UFP-34 UFP-51 UFP-53 UFP-55 UFP-101 UFP-102 UFP-103 UFP-105
CONEXIONES Nº y Ø
CAUDAL MÁX. m3/h
Nº MÁX. DE PLACAS
4 x R1/4”
17,4
110
4 x R 2”
42,4
300
4 x DN 100
170,0
SUPERFICIE PLACA m2
0,042 0,084 0,074 0,150 0,210
COTAS mm (1) A
180 300
B
621 896 694 994 1.194
620 2.030
680
0,240 0,260 0,500 0,670
480
1.240 1.240 1.885 2.295
4.110
588
1.450 1.450 1.852 2.254
4.110
588
2.654
4.110
4.220
UFP-151 UFP-152 UFP-153 UFP-155
4 x DN 150
382,0
650
0,452 0,460 0,680 0,900
UFP-157
4 x DN 100
170,0
650
1,120
770
1.403 1.703 2.102 2.505 2.805 3.705
875
2.219
6.250
970
1.766 2.176 2.806 3.436 3.525
6.240
UFP-201 UFP-203 UFP-205 UFP-207 UFP-208 UFP-209
4 x DN 200
679,0
650
0,460 0,680 1,000 1,300 1,520 2,200
UFP-251
4 x DN 250
1.060,0
1.000
1,150 0,840 1,260 1,964 2,625 2,580
UFP-301 UFP-303 UFP-305 UFP-307 UFP-309 UFP-401 UFP-403 UFP-501 UFPW-101 UFPW-103 UFPW-151 UFPW-201 UFPF-51 UFPF-101 UFPF-201 UFPF-203 UFPF-205 UFPF-301
4 x DN 300
1.527,0
900
4 x DN 400
2.715,0
940
4 x DN 500
4.241,0
900
2 x DN 80 y 2 x DN 100 4 x DN 150 4 x DN 200 4 x DN 50 4 x DN 100
1 x 109,0 1 x 170,0 382,0 679,0 42,4 170,0
400 400 300 400
4 x DN 200
679,0
400
4 x DN 300
1.527,0
160
400
1,480 2,150 2,100 0,264 0,440 0,600 0,500 0,275 0,572 1,111 1,441 2,290 1,620
1.260 1.370 480 608 770 370 532 800 1.120
2.281 2.772 2.767 1.026 1.426 1.602 1.604 1.505 1.810 2.104 2.505 2.705 2.628
(1) Cotas máximas correspondientes a los bastidores IS con pata y rueda de desplazamiento. 8
L
6.290 6.270 3.054 3.107 3.254 4.100 4.133 6.143 3.210
INTERCAMBIADORES DE PLACAS SEDICAL BASTIDORES, DIMENSIONES
32 y 34 C
51, 53 C
C 31, 33, 51, 53, 55, 101, 102, 103 y 105 H e IG
101 a 501 IS
Compacto PN 10 y PN 16 H e IG Con pata PN 10, PN 16 Con pata y rueda PN 6, IS PN 10, PN 16 y PN 25
Bastidor IS-PN 25
PARA UNA SELECCIÓN OPTIMIZADA, CONSULTE NUESTRO PROGRAMA DE CÁLCULO ASISTIDO POR ORDENADOR. 9
INTERCAMBIADORES DE PLACAS SEDICAL PLACAS P-FLOW TERMOSOLDADAS CON FLUJOS PARALELOS
Presión máxima de trabajo ................................................................................................ 30 bar Temperaturas de trabajo .................................................................................. –180 oC 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 10
INTERCAMBIADORES DE PLACAS SEDICAL TAMAÑOS DE PLACAS
B1
101
L
43
B
61
21
PLACA
UFPB-21 UFPB-40 UFPB-41 UFPB-43 UFPB-61 UFPB-101
H
40
Nº DE PLACAS Y Ø DE CONEXIONES
CAUDAL MÁX. m3/h
4 x R 3/4” 4 x R 1” ó 1 1/2” 4 x R 1” ó 1 1/2” 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
H1
41
Nº MÁX. DE PLACAS
48 100 100 150 200 200
SUPERFICIE PLACA m2
0,023 0,032 0,034 0,070 0,140 0,330
DIMENSIONES mm H
315 306 292 496 607 1.180
H1
B
B1
L
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
Interior de una conexión DN 100 del UFPB-101 11
INTERCAMBIADORES DE PLACAS SEDICAL
Placas para usos HVAC e
industriales
El mayor programa de fabricación de placas con diámetros de conexión R 11/4” a DN 500 y una superficie de placa desde 0,042 m 2 a 2,625 m 2. Materiales en AISI 316, titanio, 254 SMO, etc. Juntas de nitrilo, EPDM y vitón. Temperaturas de funcionamiento desde -20 oC a +150oC (especiales hasta 180 oC). Presiones de trabajo de PN 6, PN 10, PN 16 y PN 25. Caudales hasta 4.200 m 3/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
12
Juntas sin pegamento Más del 75% de nuestro programa de fabricación incorpora juntas exentas de pegamento, aunque excepcionalmente también pueden suministrarse pegadas.
INTERCAMBIADORES DE PLACAS SEDICAL
Placas doble pared UFPD
Placas semisoldas UFPW
Diámetro de conexiones desde R 1 1/4” a DN 500.
Diámetros de conexiones desde DN 100 a DN 500.
Seguridad
Placas soldadas por láser.
El sistema Sedical Safe garantiza que siempre quede un espacio de aire entre dos placas. Una fuga en una de ambas placas tiene como consecuencia que el producto bien pasa al aire entre las placas o a través del canal de desagüe a la parte de entrada/salida. Así queda asegurado que ambos medios no se mezclen.
Idóneas para NH 3.
Selección del material
La ventaja de esta construcción es que un lado tiene un canal de placas semisoldado y el otro lado un canal de placa con junta tradicional, facilitando el ensamblaje y la limpieza de este lado.
Es posible utilizar uno o dos tipos diferentes de materiales de placas en un par de placas, es decir, titanio/AISI. Esto permite reducir drásticamente los costes de material y el precio de venta. Las juntas suministrables 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
Las placas semisoldadas están fabricadas en un cassette de dos placas. El cassette está formado por la unión de dos placas, semisoldadas por medio láser.
En las esquinas del lado soldado hay dos juntas con agujero, hechos especialmente para crear la tensión entre los dos cassettes. Por ello, la junta se reduce al mínimo en el lado soldado.
Utilización • Evaporadores y condensadores. • Alta presión de trabajo. • Menor área de junta • Funcionamiento seguro sin fugas
13
INTERCAMBIADORES DE PLACAS SEDICAL
Placas de flujo libre UFPF Diámetro de conexiones DN 50 a DN 300. Sedical ha desarrollado un auténtico intercambiador de placas de “FLUJO LIBRE”. Las placas no tienen contacto metálico entre ellas y están construidas para líquidos con fibras de hasta 2 mm de diámetro y 5 mm de longitud. La superficie de flujo tiene una distancia de 5 mm para que no se acumulen fibras en las placas. Los intercambiadores de PLACAS DE FLUJO LIBRE de Sedical se pueden limpiar fácilmente con sistemas CIP sin desmontar las placas. La longitud térmica del intercambiador de placas es muy ventajosa. Pueden solucionarse muchas aplicaciones con un flujo con conexiones en la placa fija.
Ventajas Auté nt icas plac as de “F LUJO LIBR E” si n contacto metal/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. 14
Potabilizadoras de agua de mar UFPAM Capacidad 5 - 150 t/24 h El destilador de agua potable de Sedical utiliza el calor de refrigeración de la camisa de un motor diesel para producir agua potable pura por la evaporación de agua de mar bajo un gran vacío, permitiendo al agua de alimentación evaporarse a temperaturas por debajo de 48oC. También puede ser utilizado vapor como fuente de calor en vez de agua caliente. El destilador de agua Sedical se compone de dos intercambiadores de placas de titanio de Sedical, actuando como evaporador y condensador, respectivamente. La cámara del evaporador se mantiene bajo vacío por un inyector de agua, conducido por el agua de mar que sale del condensador. Una parte de este agua de mar calentada se utiliza como agua de alimentación para el evaporador. El agua de alimentación se evapora en la cámara de evaporación debido al vacío existente. El aerosol del agua y las gotitas son eliminadas del vapor en parte por un deflector montado encima del evaporador y en parte por un separador de partículas incorporado. Las gotitas de agua separadas caen en una salmuera extraída del colector por medio de una bomba eyectora. El vapor desalado que pasa a través del separador de partículas será aspirado a través del condensador de placas, donde se condensará por medio del agua salada fría de entrada. El agua pura destilada saldrá por medio de una bomba integral de agua potable. El agua pura que ha salido del condensador se controlará por un medidor de salinidad para supervisar que se alcance la salinidad preestablecida (1-10 p.p.m.).
INTERCAMBIADORES DE PLACAS SEDICAL
Placas termosoldadas UFPB
Intercambiadores de placas circulares soldadas UFPS
Diámetro de conexiones desde R 3/4” a DN 100.
Diámetro de conexiones desde R 3/4” a DN 150 lado de placas.
Al contrario de los tradicionales intercambiadores de placas, los intercambiadores de placas termosoldadas no contienen juntas de goma y, de este modo, pueden trabajar de forma continua a temperaturas de -180 oC hasta +200oC. La presión de funcionamiento puede ser tan alta como 30 bar. El diseño de los intercambiadores de placas termosoldadas proporciona unos intercambiadores ligeros, que en la mayoría de los casos pueden ser montados directamente en la tubería sin soportes. Utilización El intercambiador de placas termosoldadas de Sedical puede ser utilizado por líquidos calientes o fríos limpios, que no deben contener partículas ni suciedad. Además, los intercambiadores de placas termosoldas de Sedical están disponibles como unidades de evaporación y condensación. • 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
Este intercambiador de placas trabaja como un intercambiador de tubos, pero con la diferencia de que los tubos se sustituyen por placas más e ficaces. Las placas se sueldan mediante láser/TIG, formando un paquete de placas. Este paquete de placas va montado en un tubo redondo tradicional. Ventajas • Sin juntas • Funcionamiento seguro sin fugas • Temperaturas de trabajo altas, hasta 250 oC • 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 15
INTERCAMBIADORES DE PLACAS SEDICAL INDUSTRIA ALIMENTARIA Sedical tiene una amplia gama de intercambiadores de placas diseñados específicamente para su uso en la industria alimentaria.
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.
16
Intercambiadores para la industria alimentaria con la aprobación 3A con bastidor FS
INTERCAMBIADORES DE PLACAS SEDICAL 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
17
INTERCAMBIADORES DE PLACAS SEDICAL TECNOLOGÍA ADAPTABLE A CUALQUIER SOLUCIÓN Juntas Nuestras juntas están exentas de pegamento en más de un 75% del programa de fabricación de placas. La sujeción es mediante clips que permiten realizar unas mejores labores de limpieza o sustitución. Las calidades normalmente empleadas son las siguientes:
NBR (p) Nitrilo peróxido Es más resistente que el nitrilo normal y muy resistente a los aceites e hidrocarburos. Su elevada composición de acrilonitrilo aumenta la resistencia a la combinación temperatura /presión. Tiene una muy buena memoria elástica, (retorno a la dimensión inicial) después de deformaciones debidas al enfriamiento o calentamiento de los intercambiadores. Esta calidad de junta está especialmente aconsejada para funcionamientos discontínuos o a temperaturas muy variables de los intercambiadores. EPDM (p) peróxido Este polímero posee unas muy buenas propiedades mecánicas unidas a una excelente resistencia al envejecimiento. No obstante, las juntas de EPDM (p) tienen una memoria elástica peor que la del NBR (p) y pueden generar pequeñas fugas durante los procesos de enfriamiento, calentamiento y parada del intercambiador. Este fenómeno desaparece en régimen normal de funcionamiento. Esta calidad de junta está especialmente aconsejada en aquellos procesos de intercambio térmico con temperaturas y presiones altas cuyo régimen de funcionamiento es muy estable.
26
Nitrilo - NBR 1 12 10 8 -20
0
20
40
60
80
00
20
0
60
80°C
P en bar
2 22 20 18
EPDM
16 1 10 6 -
°
P en bar 16
FLUOR
12
VITON
10 8 6 -20
0
20
40
60
80
00
20
0
60
80°C
Temp agua °C
1 0 150 140
EPDM
130 120 110 100
NBR (Nitrilo)
90 80 70
Flúor G, Vitón B, Vitón-FPM Son juntas con una excelente resistencia a las agresiones químicas que se utilizan en procesos especiales donde las juntas de NBR(p) o EPDM (p) no resistirían. Tienen precios sensiblemente más elevados.
0
T
2
p.
°C 300
4
P 250
5
7
ño
de c o 5
00
0
25
0
130 120 1 100 90 80 70
18
3
O I N A T I T
6 4 1 0 3 3 I I S S I I A A
INTERCAMBIADORES DE PLACAS SEDICAL CALIDAD DE PLACAS Y JUNTAS FLUIDO SECUNDARIO
CALIDAD DE LAS JUNTAS
CALIDAD DE LA PLACA
GLICOLADA 20% AL 50%
AGUA
NITRILO
304 ó 316
HASTA 120oC y 16 bar HASTA 150 oC y 6 bar
AGUA
EPDM
304 ó 316
HASTA 90oC y 12 bar
AGUA
NITRILO
304 ó 316
TERMAL HASTA 120 oC y 16 bar
AGUA
NITRILO / EPDM
TITANIO
AGUA o AGUA DE MAR
NITRILO / EPDM
TITANIO
AGUA DE RÍO o POZO
AGUA
NITRILO
316 ó TITANIO
VAPOR HASTA 4 bar
AGUA
EPDM
316
ACEITES
NITRILO
316
AGUA DE PROCESOS
EPDM
316
ACEITES SAE
AGUA
NITRILO
304
ACEITE VEGETAL
AGUA
NITRILO
316
FLUIDO PRIMARIO
A U G A
AGUA DE MAR
R O P A V
VAPOR HASTA 0,5 bar VAPOR HASTA 4 bar
E T I E C A
Características de los materiales de las placas AISI 304 - Fe / Cr 18 / Ni 10 Acero inoxidable austenítico con una estructura cúbica de caras centradas. Resistente a la corrosión. Densidad 7,93 g/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 su resistencia 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/cm 3 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 soluciones ácidas o alcalinas. Densidad 8,84 g/cm 3. 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 la corrosión química. Densidad 8,94 g/cm 3. 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/cm 3.
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 y sulfúrico. Densidad 7,94 g/cm 3. TITANIO Es un metal que puede obtenerse mediante magnesiotérmia, es decir, reduciendo a temperatura elevada el tetracloruro de 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/cm 3. 19
INTERCAMBIADORES DE PLACAS SEDICAL APLICACIONES PARA MOTORES DE BARCOS, CICLOS COMBINADOS Y COGENERACIÓN SISTEMA CENTRAL DE REFRIGERACIÓN
MÓDULO ENFRIADOR DE ACEITE Y AGUA EN UN SOLO BASTIDOR
20
INTERCAMBIADORES DE PLACAS SEDICAL
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 70oC Tª entrada primario-Tª entrada secundario <70 oC
5 1
2
3
4
6
7
13
8
Vapor 9 12
11
NOTA (1) La válvula de regulación debe ser sin corriente cerrada mediante muelle o cualquier otro sistema. También se puede colocar una electroválvula que realice esta función. Si hay resistencia a la evacuación de los condensados, instalar un sistema de evacuación mediante depósito y bomba de condensados (consultar).
10
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 21
INTERCAMBIADORES DE PLACAS SEDICAL
Ensayo de presión diferencial. Circuito 1 a 0 bar, circuito 2 a 20 bar
Montaje y ensayo de intercambiadores
22
INTERCAMBIADORES DE PLACAS SEDICAL Dimensionamiento de un intercambiador de placas — Los Intercambiadores de placas P-Flow Sedical están previstos para intercambiar calor entre dos fluidos que pueden ser 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 más de 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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . γ 2. Calor específico en kcal/kg, °K . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ce 3. Conductividad térmica en kcal/m 2 h, °K . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . λ 4. Viscosidad media en mPa ✕ s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vm 5. 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 y un 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 optimizado aceptándose pérdidas de carga de hasta 120 kPa. Fluido SAE 40 H2O
Caudal m3/h 99,8 101,9
T °C 69,6 39,0
T °C 60,0 35,0
dt °C 9,6 4,0
tm °C 64,8 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 kW Lado aceite: En este caso debemos saber que: – el peso específico es de 870 kg/m 3 – 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 Δ p de 40 kPa y una sobredimensión de un 5%. Hemos obtenido un intercambiador Sedical tipo UFP-102/122 MH con 31,2 m 2 de superficie de intercambio y con un coeficiente de transmisión global limpio de 574,1 W/m 2, °K. En en ordenador, aparecen una serie de conceptos de los cuales, por su importancia, vamos a pasar a analizar cuatro de ellos: 1. 2. 3. 4.
Factor de ensuciamiento (fouling-factor) ff, Número de Reynolds y Tensión de corte. El coeficiente de transmisión global SUCIO. El coeficiente de transmisión global LIMPIO. El sobredimensionamiento del Intercambiador. 23
INTERCAMBIADORES DE PLACAS SEDICAL 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 de los 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, como consecuencia, para números de Reynolds bajos, se obtienen regímenes turbulentos, lo que disminuye la posibilidad 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 los líquidos, son prácticamente superficies pulidas que disminuyen la posibilidad de adherencia de los sólidos en suspensión. El factor de ensuciamiento define una sobredimensión dada al intercambiador para compensar la pérdida de eficiencia como consecuencia del ensuciamiento de las superficies de transmisión de calor, y evita la ampliación de los períodos de 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 ✕ dh Re = ——–––—–––––––– ϑ
Siendo:
w
= Velocidad en mm/s
dh = Diámetro hidráulico (mm) ϑ
= Viscosidad cinemática en mm2/s
Re = Número adimensional Δp ✕ d z = ——–––—–––––––– 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 t rabajando en flujo turbulento o laminar sólo con el 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 suelen tener una NTU constructiva >1. 24
INTERCAMBIADORES DE PLACAS SEDICAL Para optimizar el intercambiador vamos a hacer uso del programa nuevamente, y vamos a estudiarlo con 3 diferentes.
Δp
A.) 40 kPa Modelo UFP-102/122 MH de 31,2 m 2 de superficie útil de intercambio w1 = 320 mm/s w2 = 320 mm/s z1 = 93,48 Pa z2 = 55,44 Pa
Δ p1
= 40.600 Pa Δ p2 = 21.100 Pa
Re 1 = 51 Re 2 = 2.985
B.) 80 kPa Modelo UFP-102/86 MH de 21,83 m 2 de superficie útil de intercambio w1 = 460 mm/s w2 = 460 mm/s z1 = 190,75 Pa z2 = 123,10 Pa
Δ p1
= 82.900 Pa Δ p2 = 46.900 Pa
Re 1 = 73 Re 2 = 4.234
C.) 120 kPa Modelo UFP-101/79 MH de 18,48 m 2 de superficie útil de intercambio w1 = 780 mm/s w2 = 800 mm/s z1 = 171,79 Pa z2 = 116,45 Pa
Δ p1
= 118.200 Pa Δ p2 = 70.200 Pa
Re 1 = 78 Re 2 = 4.668
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 m 2 de superficie útil de intercambio w1 = 1.100 mm/s w2 = 1.070 mm/s z1 = 144,72 Pa z2 = 99,94 Pa
Δ p1
= 124.600 Pa Δ p2 = 74.100 Pa
Re 1 = 110 Re 2 = 6.264
Este intercambiador trabajará en régimen turbulento, pero su precio es un 63% más caro que el de la opción C.) y un 27% más caro que la opción B). La selección deberá entonces realizarse de acuerdo con la ingeniería y el fabricante del motor, contemplando además los 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 K o El coeficiente de transmisión global sucio K o viene dado por la fórmula: 1/K o = 1/α1 + 1/ α2 + ∂/λ + ff Donde: K o = 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 25
INTERCAMBIADORES DE PLACAS SEDICAL
3. Coeficiente de transmisión global limpio K L A la suma de los coeficientes de transmisión de los fluidos más el coeficiente específico de la placa se denomina COEFICIENTE DE TRANSMISIÓN LIMPIO K L, tendremos: 1/K L = 1/K o – ff Es decir, que K L 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 K r o coeficiente de intercambio requerido y que depende, además de las características del fluido o fluidos, de las limitaciones que el proyectista imponga en cuanto a pérdidas de carga, sobredimensionamiento, factor de ensuciamiento, etc.
4. Sobredimensionamiento del intercambiador. Coeficiente de transmisión global requerido K r. Por otro lado, el K r o coeficiente de transmisión requerido para resolver el problema térmico viene dado por: P P K r = ——–––––––––— y a = ——–––––––––— a ✕ DTLM Kr ✕ DTLM Donde: K r P a DTLM
= = = =
coeficiente de transmisión requerido en W/m 2, °C potencia de intercambio en W área necesaria en m2 diferencia de temperatura logarítmica media
La relación entre el K r y el K L se expresa como sobredimensión mediante la siguiente ecuación: K L – K r Sobredimensión % = ——–––––––––— ✕ 100 K r En el ejemplo que estamos considerando: Potencia de intercambio: 470 kW = 470.000 W DTLM: 27,7°C Superficie de intercambio: 21,83 m 2 Sobredimensión: 5% Donde: 470.000 K r = ——––––––––––––––— = 777,25 W/m2, °K 21,83 ✕ 27,7 Por otro lado, el K L se obtendrá de la fórmula: K L – K r K L – 777,25 Sob. % = ——–––––––––— 0,05 = —––—––––––––––— K r 777,25 K L = 0,05 ✕ 777,25 + 777,25 = 781,14 W/m 2, oK Y de acuerdo con: 1 1 —––—= —––— + ff K r K L 1 1 —–––––––— = —–––––––— + ff 777,25 781,14 1 1 ff = —–––––––— – —–––––––— = 64 ✕ 10–6 m2, h, oK/W 777,25 781,14 26
INTERCAMBIADORES DE PLACAS SEDICAL
ff = 55 ✕ 10–6 m2, h, oK/kcal Resumiendo: K r = 777,25 W/m 2, oK K L = 781,14 W/m 2, oK Sobredimensión % = 5%
para un ff = 64 ✕ 10–6 m2, h, oK / W para un ff = 0
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 por 0,5, 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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INTERCAMBIADORES DE PLACAS SEDICAL 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 agua en mataderos. • Calentamiento de aluminado sódico, soluciones cáusticas y calentamiento y enfriamiento de soluciones en la industria de la alúmina. • Sistemas de refrigeración de agua de mar por circuito cerrado en alta mar. • Enfriadoras en centrales eléctricas, refrigeración auxiliar, enfriadoras de agua y de condensados. • Refrigeración de hornos, líneas de extrusión y fábricas de laminación en la industria metalúrgica.
• Calentamiento y refrigeración de ácidos minerales orgánicos. • Calentamiento y refrigeración de cianuro cáustico en la industria del oro. • Refrigeración de aceite lubricante en tierra y en alta mar. • Refrigeración de petróleo crudo. • Recuperación del calor del agua geotérmica. • Refrigeración de agua de motores, agua de soldadura y pinturas en la industria automovilística. • Recuperación de calor en industrias de pasta papelera. • Calentamiento de soluciones de sulfúrico en la industria de los anodizados. • Agua o aceite de motor/agua
Intercambiador de placas para un proceso de refrigeración de motores de cogeneración con acumulación termica de hielo.
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INTERCAMBIADORES DE PLACAS SEDICAL UTILIZACIÓN DEL PROGRAMA DE CÁLCULO
Para una selección optimizada del programa de intercambio térmico, ponemos a su disposición un programa de cálculo asistido por ordenador, donde puede Ud. seleccionar la solución más interesante en función 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
29
SEDICAL, S. A.
Pol. Ind. Berreteaga, s/n. - Pab. 12 Apartado de Correos 22 E-48150-SONDIKA (VIZCAYA)
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A CORUÑA LAS PALMAS LEÓN
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629 256 363 629 530 190
916 636 602 952 242 731 985 963 694
Carretera Valldemossa 25 Monasterio Fitero 34 - 14º Pilotegui Bidea 12 - Barrio Igara
971 759 228 948 263 581 943 212 003
607 955 526 629 530 191 609 420 208
971 295 115 948 170 613 943 317 351
SEDICAL, S.A. EQUIPOTEL, S.A. VALDECO, S.L.
Pol. Industrial Calonge - C/ Terbio 8 Bartolomé Cairasco 125 Parc Tecnologic - C/ Thomas Alva Edison 8
954 367 170 922 256 645 963 479 892
629 823 963
954 252 900 922 260 903 963 484 678
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983 247 159 986 208 135 945 121 814 976 445 675
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