Un haz de tubos es un componente crítico de un intercambiador de calor de carcasa y tubos, que es uno de los tipos más comunes de intercambiadores de calor utilizados en aplicaciones industriales. El haz de tubos consta de una serie de tubos a través de los cuales fluye un fluido, mientras que otro fluido fluye alrededor de los tubos (por el lado de la carcasa) para facilitar la transferencia de calor entre los dos fluidos.
La superficie principal de transferencia de calor. Fabricados con materiales de alta conductividad térmica, como cobre, acero inoxidable, titanio o acero al carbono, según la aplicación.
Placas planas que sujetan los tubos en su lugar. Los tubos se sueldan, expanden o enrollan en las placas tubulares para crear un sello a prueba de fugas. Las placas tubulares separan los fluidos del lado de la carcasa y del lado del tubo.
Placas o varillas que dirigen el flujo del fluido del lado de la carcasa a través del haz de tubos. Mejoran la eficiencia de la transferencia de calor creando turbulencia y previniendo zonas estancadas. Los tipos comunes incluyen deflectores segmentales, helicoidales y de varilla.
Se utilizan para mantener la alineación y el espaciado de los tubos. Previenen vibraciones y daños en los tubos durante la operación.
Sujetan los deflectores y el haz de tubos juntos. Aseguran la integridad estructural.
Ubicados en los extremos del haz de tubos. Dirigen el fluido del lado del tubo hacia y fuera de los tubos.
Los diámetros más pequeños aumentan la eficiencia de la transferencia de calor pero pueden provocar mayores caídas de presión. Los tubos más gruesos se utilizan para aplicaciones de alta presión.
Los tubos pueden disponerse en patrones triangulares, cuadrados o cuadrados rotados. Las disposiciones triangulares proporcionan una mayor eficiencia de transferencia de calor, mientras que las disposiciones cuadradas son más fáciles de limpiar.
Los tubos más largos aumentan el área de transferencia de calor pero pueden requerir más espacio. El número de tubos depende de la tasa de transferencia de calor y los caudales requeridos.
Los materiales deben ser compatibles con los fluidos que se procesan para evitar la corrosión o el ensuciamiento. Los materiales comunes incluyen acero inoxidable, aleaciones de cobre, titanio y aleaciones de níquel.
El espaciado y el tipo de deflectores afectan la eficiencia de la transferencia de calor y la caída de presión. Los deflectores segmentales son los más comunes, pero los deflectores helicoidales pueden reducir la caída de presión y la vibración.
La expansión térmica diferencial entre los tubos y la carcasa debe tenerse en cuenta para evitar tensiones y fallos. Se utilizan diseños de tubo en U o de cabeza flotante para acomodar la expansión.
Los tubos están fijos a las placas tubulares en ambos extremos. Sencillo y rentable, pero no puede manejar grandes diferencias de temperatura entre los lados de la carcasa y los tubos.
Los tubos se doblan en forma de U, lo que permite la expansión térmica. Adecuado para aplicaciones con altas diferencias de temperatura.
Un extremo del haz de tubos es libre de moverse, acomodando la expansión térmica. Ideal para aplicaciones de alta temperatura y alta presión.
Similar a un diseño de cabeza flotante, pero permite que todo el haz de tubos se retire para mantenimiento.
Condensación de vapor de turbinas.
Calentamiento o enfriamiento de hidrocarburos en refinerías.
Intercambio de calor en reactores y columnas de destilación.
Enfriadores y condensadores.
Procesos de pasteurización y esterilización.
Los depósitos en las superficies de los tubos reducen la eficiencia de la transferencia de calor. Se requiere limpieza regular (mecánica o química).
La selección de materiales y los recubrimientos protectores pueden ayudar a prevenir la corrosión. Inspeccionar regularmente en busca de picaduras o grietas.
El espaciado inadecuado de los deflectores o los caudales pueden causar vibración y fallo de los tubos. Asegurar un diseño y operación adecuados.
