Fusão de tubos de aço inoxidável para trocador de calor ASME SA213 / SA312 / SA249 / SA269

Um feixe tubular é um componente crítico de um trocador de calor casco-tubo, que é um dos tipos mais comuns de trocadores de calor usados em aplicações industriais. O feixe tubular consiste em uma série de tubos através dos quais um fluido flui, enquanto outro fluido flui ao redor dos tubos (no lado do casco) para facilitar a transferência de calor entre os dois fluidos.

Componentes de um Feixe Tubular:

Tubos:

A principal superfície de transferência de calor.

Feitos de materiais com alta condutividade térmica, como cobre, aço inoxidável, titânio ou aço carbono, dependendo da aplicação.

Os tubos podem ser retos ou em forma de U, dependendo do projeto.

Placas Tubulares:

Placas planas que mantêm os tubos no lugar.

Os tubos são soldados, expandidos ou laminados nas placas tubulares para criar uma vedação à prova de vazamentos.

As placas tubulares separam os fluidos do lado do casco e do lado do tubo.

Defletores:

Placas ou varetas que direcionam o fluxo do fluido do lado do casco através do feixe tubular.

Melhoram a eficiência da transferência de calor, criando turbulência e evitando zonas estagnadas.

Tipos comuns incluem defletores segmentados, helicoidais e de vareta.

Espaçadores ou Placas de Suporte:

Usados para manter o alinhamento e o espaçamento dos tubos.

Evitam vibrações e danos aos tubos durante a operação.

Tirantes e Espaçadores:

Mantêm os defletores e o feixe tubular juntos.

Garantem a integridade estrutural.

Tampas ou Canais:

Localizados nas extremidades do feixe tubular.

Direcionam o fluido do lado do tubo para dentro e para fora dos tubos.

Considerações de Projeto para Feixes Tubulares:

Diâmetro e Espessura do Tubo:

Diâmetros menores aumentam a eficiência da transferência de calor, mas podem levar a quedas de pressão mais altas.

Tubos mais espessos são usados para aplicações de alta pressão.

Layout do Tubo:

Os tubos podem ser dispostos em padrões triangulares, quadrados ou quadrados rotacionados.

Layouts triangulares fornecem maior eficiência de transferência de calor, enquanto layouts quadrados são mais fáceis de limpar.

Comprimento e Número do Tubo:

Tubos mais longos aumentam a área de transferência de calor, mas podem exigir mais espaço.

O número de tubos depende da taxa de transferência de calor e das taxas de fluxo necessárias.

Seleção de Materiais:

Os materiais devem ser compatíveis com os fluidos que estão sendo processados para evitar corrosão ou incrustação.

Materiais comuns incluem aço inoxidável, ligas de cobre, titânio e ligas de níquel.

Projeto do Defletor:

O espaçamento e o tipo do defletor afetam a eficiência da transferência de calor e a queda de pressão.

Os defletores segmentados são os mais comuns, mas os defletores helicoidais podem reduzir a queda de pressão e a vibração.

Expansão Térmica:

A expansão térmica diferencial entre os tubos e o casco deve ser levada em consideração para evitar tensão e falha.

Projetos de tubo em U ou cabeçote flutuante são usados para acomodar a expansão.

Tipos de Feixes Tubulares:

Feixe de Placa Tubular Fixa:

Os tubos são fixados às placas tubulares em ambas as extremidades.

Simples e econômico, mas não pode lidar com grandes diferenças de temperatura entre os lados do casco e do tubo.

Feixe de Tubo em U:

Os tubos são dobrados em forma de U, permitindo a expansão térmica.

Adequado para aplicações com grandes diferenças de temperatura.

Feixe de Cabeçote Flutuante:

Uma extremidade do feixe tubular é livre para se mover, acomodando a expansão térmica.

Ideal para aplicações de alta temperatura e alta pressão.

Feixe de Cabeçote Flutuante de Extração:

Semelhante a um projeto de cabeçote flutuante, mas permite que todo o feixe tubular seja removido para manutenção.

Aplicações de Feixes Tubulares:

Usinas de Energia: Condensação de vapor de turbinas.

Petróleo e Gás: Aquecimento ou resfriamento de hidrocarbonetos em refinarias.

Processamento Químico: Troca de calor em reatores e colunas de destilação.

Sistemas HVAC: Chillers e condensadores.

Alimentos e Bebidas: Processos de pasteurização e esterilização.

Vantagens dos Feixes Tubulares:

Alta eficiência de transferência de calor.

Pode lidar com altas pressões e temperaturas.

Durável e duradouro com manutenção adequada.

Adequado para uma ampla gama de fluidos e aplicações.

Desvantagens dos Feixes Tubulares:

Tamanho físico e peso grandes.

Custo inicial mais alto em comparação com alguns outros tipos de trocadores de calor.

Requer manutenção regular para evitar incrustação e corrosão.

Manutenção e Solução de Problemas:

Incrustação:

Depósitos nas superfícies dos tubos reduzem a eficiência da transferência de calor.

Limpeza regular (mecânica ou química) é necessária.

Corrosão:

A seleção de materiais e revestimentos protetores podem ajudar a prevenir a corrosão.

Inspecione regularmente em busca de pites ou rachaduras.

Vibração:

O espaçamento inadequado do defletor ou as taxas de fluxo podem causar vibração e falha do tubo.

Garantir o projeto e a operação adequados.