| Disposición de flujo |
Verdadera contracorriente (un solo paso en ambos lados) |
Mixto/contracorriente cruzada (factor F < 1,0 para 1-2 o 2-4 pasadas) |
Factor de corrección de horquilla LMTD F = 1,0 por TEMA. Para 1-2 carcasas y tubos, se requiere F ≥ 0,8; por debajo de 0,8 requiere varios proyectiles en serie. |
| Enfoque térmico (salida caliente versus entrada fría) |
Enfoque alcanzable ΔT = 3°C a 5°C |
Enfoque alcanzable ΔT = 10°C a 15°C (unidad única) |
La horquilla F=1,0 permite una aproximación limitada únicamente por NTU. Para carcasa y tubo con F=0,85, las NTU requeridas aumentan en un 18 % para el mismo enfoque. |
| Expansión térmica diferencial (tubo vs carcasa) |
Acomodado inherentemente por el extremo libre del paquete en U |
La placa de tubo fijo requiere junta de expansión cuando ΔT > 60°C (CS/CS) o > 40°C (CS/SS) |
Según TEMA RCB-4.3: placa tubular fija sin junta de expansión limitada a tensión de expansión diferencial ≤ 55 MPa. Hairpin no tiene tal límite por debajo del rango de fluencia del material. |
| ΔT máximo (entrada del lado del tubo al lado de la carcasa) |
Hasta 200 °C (dentro de los límites de tensión permitidos por ASME VIII-1) |
≤ 60°C (placa tubular fija de acero al carbono sin junta de expansión) |
Basado en el cálculo de tensión térmica según ASME VIII-1 UG-23(c): para CS con E=200 GPa, α=12×10⁻⁶ /°C, ΔT=200°C produce σ=α×E×ΔT/2 = 240 MPa - excede los 138 MPa permitidos. Hairpin evita esto mediante un paquete en U de extremo libre. |
| Rango de superficie de una sola unidad |
1 m² a 500 m² (multitubo) |
5 m² a 2.500 m² |
Horquilla limitada por el peso de tracción del paquete (masa máxima del paquete ~10 000 kg para tracción vertical). Carcasa recta limitada por el diámetro de la carcasa (normalmente ≤ 2,5 m de diámetro interior) y los límites de transporte. |
| Caída de presión en el lado de la carcasa (paso único) |
ΔP = f × (L/D_h) × (ρv²/2) con L = longitud total desarrollada de la horquilla (2× tramo recto + curva de retorno) |
ΔP según TEMA para E-shell (carcasa de un solo paso) |
Para un servicio idéntico y una velocidad de masa del lado de la carcasa idéntica, la caída de presión en horquilla es aproximadamente entre un 40 % y un 60 % mayor que la de la carcasa E recta debido a las pérdidas por flexión de retorno (correlación experimental de HTRI). |
| Acceso de limpieza mecánica (lado carcasa) |
Limitado: la carcasa con curva de retorno restringe el acceso |
Acceso completo para cabezal flotante o paquete extraíble (tubo en U) |
El lado de la carcasa en forma de horquilla no puede acomodar un paquete extraíble. El paquete fijo requiere limpieza química. No se recomienda un factor de incrustación del lado de la carcasa > 0,0005 m²*K/W para horquillas sin capacidad de limpieza química. |
| Limpieza del lado del tubo (mecánica) |
Acceso completo: el radio de curvatura en U ≥ 2× OD permite un limpiador de tubo estándar |
Tubo en U: accesible (misma regla del radio de curvatura). Placa tubular fija: acceso completo. |
Según TEMA RCB-4.52: radio mínimo de curvatura en U = 2 × diámetro exterior del tubo para limpieza mecánica. Ambos diseños cumplen. |
| Huella (longitud instalada para servicio equivalente) |
Longitud de pierna recta L (longitud total desarrollada 2L pero apiladas o una al lado de la otra) |
Longitud recta L_shell (normalmente de 1,2× a 1,5× longitud de pata en forma de horquilla para la misma superficie) |
Los tubos múltiples de horquilla generalmente requieren entre un 40 y un 50 % menos de espacio lineal porque el área de la superficie se distribuye en dos patas en paralelo. El diseño real depende del espacio libre y del número de tubos. |
| Presión máxima típica de diseño (lado del tubo) |
Hasta 35 MPa (horquilla de un solo tubo/tubo doble) |
Hasta 20 MPa (haz multitubular con placa tubular soldada) |
Según ASME VIII-1 y VIII-2: el tubo sin costura en horquilla de doble tubo elimina la concentración de tensión en los ligamentos de la placa tubular. Haz multitubular limitado por la deformación del orificio de la placa tubular (ASME VIII-1 UG-34). |
| Código de fabricación estándar |
TEMA C/B/R + ASME VIII-1 o VIII-2 |
TEMA C/B/R+ASME VIII-1 |
Ambos diseños siguen las mismas secciones TEMA y ASME. La cubierta de curva de retorno cerrada requiere detalles de soldadura UW-13 adicionales. |
