Yuhong Group Co.,Ltd
Yuhong Holding Group Co., LTD.
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Fabricante de intercambiadores de calor, montaje y diseño de intercambiadores de calor de concha y tubo según ASME y TEMA
¿Qué es el intercambiador de calor de cáscara y tubo (STHE)?
Un intercambiador de calor de cáscara y tubo (STHE) es el tipo de intercambiador de calor más utilizado en aplicaciones industriales debido a su robustez, versatilidad,y capacidad para manejar altas presiones y temperaturasConsiste en una cáscara (un recipiente de presión grande) con un grupo de tubos en el interior. Un fluido fluye a través de los tubos (lado del tubo), y el otro fluye fuera de los tubos dentro de la cáscara (lado de la cáscara).El calor se transfiere entre los dos fluidos a través de las paredes del tubo.
Las ETS se rigen por dos normas clave:
1.Código ASME de calderas y recipientes a presión (BPVC), Sección VIII, División 1: Garantiza la seguridad de los recipientes a presión.
2.TEMA (Asociación de fabricantes de intercambiadores tubulares): define el diseño mecánico, las tolerancias y las prácticas de fabricación.
Detalles técnicos clave según ASME y TEMA
1.Normas de diseño
Sección VIII, División 1:
- Cubre el diseño de los límites de presión (conchas, placas de tubos, canales).
- Requiere cálculos para el grosor mínimo, refuerzo de la boquilla y pruebas hidrostáticas.
Las normas TEMA (clases R, C, B):
- Clase R: Aplicaciones en refinerías y procesos severos (alta presión/temperatura).
- Clase C: Servicio general comercial/industrial.
- Clase B: Servicio de procesos químicos (entornos corrosivos).
2. Componentes y configuración
| Componente | Descripción |
| Conchas | Contenedor cilíndrico (acero al carbono, acero inoxidable, etc.) según la norma ASME VIII-1. |
| Los demás | Tubos rectos/en forma de U (OD 5/8" a 2"), material seleccionado para su resistencia a la corrosión y a la temperatura. |
| Hoja de tubería | Placas gruesas perforadas para tubos; diseñadas según la norma ASME VIII-1 (eficiencia del ligamento ≥ 50%). |
| Las deflectoras | Los dispositivos de deflexión de tipo segmental, helicoidal o de barra para dirigir el flujo lateral de la cáscara (reglas de espaciamiento TEMA). |
| Canal/Cabezón | Las cubiertas extraíbles (tipos de cabeza delantera/trasera TEMA: A, B, N, etc.). |
| Las bombillas | Puertos de entrada/salida de tamaño conforme a la norma ASME B31.3 o API 660. |
Ejemplo de designación de TEMA:
El AES:
-A: cabeza delantera (capa de perno).
- Un tiro de un solo paso.
-S: cabeza trasera flotante (factor de tracción).
3Diseño térmico
La carga térmica (Q):Q=U⋅A⋅ΔTDTMA
: coeficiente de transferencia de calor total (W/m2·K).
: Área de transferencia de calor (DO del tubo × longitud × número de tubos).
: Diferencia logarítmica de temperatura media (corregida para la disposición del flujo).
Arreglos de flujo:
- Contraflujo: máxima eficiencia térmica.
- Flujo paralelo: más sencillo pero menos eficiente.
- Flujo cruzado: común en los condensadores.
Método NTU de eficacia:
-Utilizado para arreglos de flujo complejos o propiedades de fluidos variables.
4Diseño Mecánico
Las dimensiones de la cáscara y del tubo:
-Shell ID: Determinado por el diseño del haz de tubos (triangular, cuadrado, cuadrado girado).
-Punto del tubo: mínimo 1,25 × OD del tubo (para permitir la limpieza).
Diseño del deflector:
-Bafles segmentales (corte del 20% al 50%) con espaciado por TEMA (min 1/5 ID de la cáscara o 2").
- Sin tubos en la ventana (NTIW): elimina las zonas muertas.
Baja de presión:
- Lado de la cáscara: optimizado a través de la separación / corte de deflectores.
-Lado del tubo: función de la velocidad del fluido y la longitud del tubo.
5Selección del material
| Componente | Materiales comunes | Las instrucciones de ASME/TEMA |
| Conchas | Acero al carbono (SA-516), SS 316, Hastelloy | Permiso de corrosión (3 mm típicos). |
| Los demás | Se aplican las siguientes condiciones: | Compatible con el material de la cáscara para evitar la corrosión galvánica. |
| Hoja de tubería | Materiales revestidos (acero al carbono + capa SS) | La norma ASME VIII-1 para los requisitos de unión de revestimiento. |
| Las demás | Enrollados en espiral (SS + grafito), PTFE | Clase TEMA R/C/B para los límites de temperatura/presión. |
6. Cumplimiento y pruebas ASME
Prueba hidrostática:
-1,5 × presión de diseño (ASME VIII-1 UG-99).
- Prueba ambos lados del caparazón y del tubo por separado.
Prueba neumática:
-1.1 × presión de diseño (si no es práctico realizar ensayos hidrostáticos).
Requisitos de la NDT:
- RT (prueba radiográfica) para soldaduras.
-PT (penetrante de colorante) o MT (partícula magnética) para las grietas de la superficie.
7Aplicaciones comunes
Petróleo y gas: precalentadores, enfriadores, condensadores.
Instalaciones de energía: condensadores de vapor, calentadores de agua de alimentación.
Industria química: refrigeración de reactores, destilación.
Aire acondicionado, enfriadores, calefacción urbana.
Ventajas y limitaciones
| Ventajas | Las limitaciones |
| Capacidad de alta presión (conforme a la norma ASME). | Es propenso a la contaminación (lado de la cáscara). |
| Fácil de limpiar (conjuntos de tubos extraíbles). | Una huella más grande frente a los intercambiadores de calor de placas. |
| Se puede personalizar (configuraciones TEMA). | Costo más alto para materiales exóticos (titanio). |