ES2241668T3 - Disposicion en un intercambiador de calor de tubo.. - Google Patents
Disposicion en un intercambiador de calor de tubo..Info
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Abstract
Un intercambiador (1) de calor de tubo del tipo que tiene un cierto número de tubos (3) de transferencia de calor rodeados por un tubo (4) de cubierta y en el que los tubos (3) de transferencia de calor están asegurados en placas (5) de tubo en ambos extremos, caracterizado porque se aplica una fuerza axial F en al menos un extremo de los tubos (3) de transferencia de calor, siendo tal la fuerza como para mantener los tubos de transferencia de calor tirantes de manera que no se tocan entre sí o rozan la pared interior del tubo de cubierta.
Description
Disposición en un intercambiador de calor de
tubo.
La presente invención se refiere a un
intercambiador de calor de tubo del tipo que tiene un cierto número
de tubos de transferencia de calor rodeados por un tubo de cubierta
y en el que los tubos de transferencia de calor están asegurados en
placas de tubo en ambos extremos.
Se emplean intercambiadores de calor, de los que
hay numerosos tipos, para calentar o enfriar un producto líquido.
Con la ayuda de, por ejemplo, vapor de agua o agua a diferentes
temperaturas, es posible impartir al producto una temperatura
deseada. Los intercambiadores de calor se vienen a usar en muchas
industrias de procesamiento diversas y también ocurre comúnmente en
plantas de procesamiento de alimentos tales como fábricas de zumo o
de leche.
Un tipo bien conocido de intercambiador de calor
es el llamado intercambiador de calor de tubo. Consiste en uno o más
elementos de intercambiador de calor que están interconectados para
formar un sistema de flujo. Los elementos de intercambiador de
calor comprenden uno o más tubos de transferencia de calor rodeados
por un tubo de cubierta o funda exterior. Los tubos de transferencia
de calor están interconectados para formar piezas insertas de
producto que a su vez están interconectadas por medio de codos de
cañería de producto destinados a hacer circular el producto que ha
de ser calentado o enfriado, dependiendo de para qué proceso se
emplea el intercambiador de calor. Los tubos de transferencia de
calor están encerrados en una funda o tubo de cubierta que también
encierra el medio de transferencia térmica. Están interconectados
tubos de cubierta mutuamente adyacentes para hacer circular el
medio de transferencia térmica. El medio de transferencia térmica
puede consistir en agua a diferentes temperatura, vapor de agua u
otros tipos de líquidos o gases. Uno de tales intercambiadores de
calor se describe en la memoria descriptiva
SE-501908 de patente sueca.
Con el fin de aumentar el grado de eficiencia del
intercambiador de calor, ocasionalmente es deseable emplear uno o
más elementos de intercambiador de calor como secciones
regenerativas, es decir, se hace que el producto que ha sido
calentado en el intercambiador de calor caliente el producto frío
entrante. El producto frío entrante contribuye entonces
consiguientemente a enfriar el producto calentado, ya tratado. Con
el fin de emplear regenerativamente un intercambiador de calor de
tubo descrito anteriormente, se tiene que colocar producto tanto en
los tubos de transferencia de calor como en el tubo de cubierta que
rodea los tubos de transferencia de calor. Tal proceso puede
abaratar considerablemente todo un intercambiador de calor de tubo y
también reducir el consumo de energía del proceso que tiene lugar
en el intercambiador de calor de tubo.
Los tubos de transferencia de calor, encerrados
en su tubo de cubierta, tienen normalmente una longitud de
aproximadamente 6 m. Con el fin de que los tubos no estén expuestos
a esfuerzos innecesarios de vibraciones o combaduras, deben estar
soportados por uno o comúnmente más puntos a lo largo de su
longitud. Si los tubos de transferencia de calor se comban
o
vibran de manera que se tocan entre sí, se pierde área de superficie de transferencia térmica y el intercambiador de calor de tubo no será tan eficiente como se podría esperar. Los tramos más cortos de tubo por lo general también deben estar soportados. Los puntos de soporte que se emplean pueden ser de diversos diseños y formas y se designan por lo general (empleando un nombre común) como las llamadas pantallas. Cuando solo se emplea agua o vapor de agua como medio de transferencia térmica, se imponen pocos o ningún requisito sobre la forma y el diseño de estas pantallas, aparte del hecho de que están para separar los tubos de transferencia de calor unos de otros e impedir que los tubos de transferencia de calor entren en contacto con la pared interior del tubo de cubierta.
vibran de manera que se tocan entre sí, se pierde área de superficie de transferencia térmica y el intercambiador de calor de tubo no será tan eficiente como se podría esperar. Los tramos más cortos de tubo por lo general también deben estar soportados. Los puntos de soporte que se emplean pueden ser de diversos diseños y formas y se designan por lo general (empleando un nombre común) como las llamadas pantallas. Cuando solo se emplea agua o vapor de agua como medio de transferencia térmica, se imponen pocos o ningún requisito sobre la forma y el diseño de estas pantallas, aparte del hecho de que están para separar los tubos de transferencia de calor unos de otros e impedir que los tubos de transferencia de calor entren en contacto con la pared interior del tubo de cubierta.
Cuando se desea emplear regenerativamente un
elemento de intercambiador de calor, se imponen inmediatamente
requisitos absolutamente diferentes sobre un diseño higiénico con
total capacidad de lavado. En los casos en los que el producto
contiene fibras o partículas pequeñas, tal como zumos de fruta,
estos requisitos son todavía más exigentes. Se han hecho intentos
por diseñar las pantallas como para tener todas las superficies
redondeadas posibles con el fin de evitar el riesgo de que se queden
acumuladas fibras o partículas del producto. Sin embargo, en la
práctica, se ha comprobado que es difícil conseguir tal diseño de
las pantallas. También se han encontrado problemas al hacer que las
pantallas rodeen los tubos de transferencia de calor sin que se
formen bolsas. Todas las pantallas conllevan en mayor o menor medida
que algo esté situado en ángulo recto con respecto a la dirección
de flujo del producto y, como resultado, siempre existe el riesgo
de acumulación de partículas o fibras que pueden comprometer la
operación de limpieza y en último término dar lugar a
interrupciones de la producción.
Un objeto de la presente invención es llevar a
cabo una disposición que mantenga los tubos de transferencia de
calor separados unos de otros y la pared interior del tubo de
cubierta sin constituir una obstrucción para el producto que fluye
en el tubo de cubierta.
Este y otros objetos se han alcanzado de acuerdo
con la presente invención como se define en la reivindicación 1.
A realizaciones preferidas de la presente
invención se les han dado adicionalmente los rasgos
caracterizadores según se establece en las subreivindicaciones
adjuntas.
Una realización preferida de la presente
invención se describirá en mayor detalle aquí posteriormente, con
referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales:
la figura 1 muestra, en alzado lateral y
parcialmente en corte, un intercambiador de calor de tubo con una
disposición de acuerdo con la presente invención; y
la figura 2 muestra, en alzado lateral y
parcialmente en corte, una parte de la disposición de acuerdo con la
presente invención.
Un intercambiador 1 de calor de tubo, junto con
el que se puede emplear la disposición de acuerdo con la presente
invención, está mostrado en la figura 1. El intercambiador 1 de
calor de tubo consiste en uno o más elementos 2 de intercambiador
de calor de los cuales dos están mostrados en la figura 1. Los
elementos 2 de intercambiador de calor están interconectados para la
formación de dos sistemas de flujo. Un elemento 2 de intercambiador
de calor consiste sustancialmente en un cierto número de tubos 3 de
transferencia de calor que están encerrados en un tubo 4 de
cubierta.
Los tubos 3 de transferencia de calor están
asegurados por ambos extremos en placas 5 de tubo de manera que los
tubos 3 de transferencia de calor y las placas 5 de tubo
constituyen una pieza inserta 6 de flujo. Dos piezas insertas 6 de
flujo adyacentes están interconectadas por medio de codos 14 de
cañería en un primer sistema de flujo. Este primer sistema de flujo
se emplea en intercambiadores 1 de calor convencionales para un
producto.
Los tubos 4 de cubierta que rodean los tubos 3 de
transferencia de calor están interconectados a su vez de manera que
dos tubos 4 de cubierta adyacentes están interconectados radialmente
uno con otro por medio de un tubo 7 de receptáculo en cada tubo 4
de cubierta, o posiblemente con la intermediación de una pieza
intermedia de conexión. Los tubos 4 de cubierta interconectados
constituyen un segundo sistema de flujo que, en intercambiadores 1
de calor de tubo convencionales, se emplea para un medio de
transferencia térmica.
La mayoría de los intercambiadores de calor de
tubo que aparecen en el mercado tienen elementos 2 de intercambiador
de calor que tienen una longitud de aproximadamente 6 m. Si los
tubos 3 de transferencia de calor y el tubo 4 de cubierta no están
soportados a lo largo de su longitud, los tubos 3 y 4 se combarán
debido a la gravedad. Los tubos 3 de transferencia de calor se
tocarán entre sí y la pared interior del tubo 4 de cubierta. Con el
fin de evitar esto, los intercambiadores 1 de calor de tubo
convencionales apelan al soporte de los tubos 3 de transferencia de
calor por medio de las llamadas pantallas de diversos diseños. La
función de las pantallas se ha comprobado y funcionan
satisfactoriamente cuando el primer sistema de flujo se emplea para
un producto y el segundo para un medio de transferencia
térmica.
Cuando se pretende emplear regenerativamente el
intercambiador 1 de calor de tubo, tanto el primer como el segundo
sistema de flujo contendrán producto. Un sistema de flujo contiene
producto frío que entra en el intercambiador 1 de calor de tubo y
el otro sistema contiene producto calentado, ya tratado, o
viceversa. Esto implica al mismo tiempo que se imponen requisitos
totalmente diferentes al soporte de los tubos 3 de transferencia de
calor.
Los intercambiadores 1 de calor de tubo modernos
tienen normalmente extremos llamados de flotación, es decir, las
placas 5 de tubo son, en cierta medida, móviles con relación a los
tubos 4 de cubierta con el fin de compensar la expansión térmica
que se produce en el intercambiador 1 de calor de tubo. En la
disposición de acuerdo con la presente invención, un extremo de los
tubos 3 de transferencia de calor es fijo porque la placa 5' de
tubo se mantiene sujeta contra un extremo 8 del tubo 4 de cubierta.
En el otro extremo de los tubos 3 de transferencia de calor, la
placa 5'' de tubo es móvil y está dispuesta una batería 9 de
muelles entre la placa 5'' de tubo y el tubo 4 de cubierta. La
disposición de acuerdo con la presente invención se puede emplear de
este modo retroactivamente, con modificaciones muy ligeras, en
intercambiadores 1 de calor de tubo existentes con extremos de
flotación. La disposición también es útil para otros tipos de
extremos de tubo para los que, sin embargo, se puede requerir una
ligera actualización.
La batería 9 de muelles consta, en la realización
preferida de la disposición de acuerdo con la presente invención, de
un cierto número de muelles 10 de hojas situados entre dos placas
11, 12. Las placas 11, 12 están unidos por medio de pernos pasantes
(no mostrados) con el fin de facilitar el ensamblaje y el
desensamblaje de la batería 9 de muelles. Los pernos no sirven a
ninguna función mientras la batería 9 de muelles está montada en el
intercambiador 1 de calor de tubo. La batería 9 de muelles también
puede constar de otros tipos de muelles, tales como muelles
helicoidales. La batería 9 de muelles, con sus muelles 10 de hojas,
también permite la posibilidad de compensar la expansión térmica
del elemento 2 de intercambiador de calor. Alternativamente, la
fuerza F se puede llevar a cabo exclusivamente por medio de pernos
que están apretados en la medida deseada. Sin embargo, esta
alternativa no permite la posibilidad de compensar los movimientos
térmicos del elemento 2 de intercambiador de calor.
La batería 9 de muelles da una cierta fuerza F
predeterminada. La fuerza está determinada por el número de muelles
10 de hojas y su dimensión sobre una distancia L dada. La fuerza F
se aplica de este modo axialmente sobre una pieza inserta 6 de
flujo. Esa fuerza F que se aplica debe ser suficiente para mantener
los tubos 3 de transferencia de calor tirantes de manera que no se
toquen entre sí o rocen la pared interior del tubo 4 de cubierta.
En la realización preferida, la fuerza F se aplica por medio de la
batería 9 de muelles en un extremo de los tubos 3 de transferencia
de calor. Alternativamente, la fuerza F se puede distribuir de
manera que la batería 9 de muelles esté montada en ambos extremos
de los tubos 3 de transferencia de calor.
Una fuerza F excesivamente grande conllevaría
esfuerzos innecesarios en los anclajes de los tubos 3 de
transferencia de calor en las placas 5 de tubo, y una fuerza F
demasiado débil conllevaría que los tubos 3 de transferencia de
calor no se mantuviesen apartados de la manera deseada. Una fuerza
demasiado grande también daría como resultado "efectos de
catapulta" indeseables en el ensamblaje y en el desensamblaje, y
ocasionaría por ello un riesgo de lesiones personales. La fuerza F
que se requiere depende del peso natural de los tubos 3 de
transferencia de calor, es decir, las dimensiones y el grosor del
material. Los cálculos han demostrado que muchos intercambiadores 1
de calor de tubo que aparecen en el mercado tienen tubos 3 de
transferencia de calor que requieren una fuerza de aproximadamente
1000 N por tubo 3 de transferencia de calor con el fin de que se
mantengan en estado tirante con una longitud normal de tubo de 6
m.
En un intercambiador convencional 1 de calor de
tubo, las longitudes del tubo largo también ocasionan una cierta
combadura del tubo 4 de cubierta. Esto se compensa normalmente
empleando un soporte central 13. Sin embargo, la realización
preferida permite una cierta combadura del tubo 4 de cubierta, y la
fuerza F que se aplica por tubo 3 de transferencia de calor se
puede reducir de este modo al estado en el que no hay ningún
contacto entre los tubos 3 de transferencia de calor y el tubo 4 de
cubierta. Cualquier posible soporte central 13 en el elemento 2 de
intercambiador de calor de tubo se adaptará a la combadura, si
existe.
Una disposición anteriormente descrita de acuerdo
con la presente invención lleva a cabo de este modo un
intercambiador 1 de calor de tubo en el que no se requiere ninguna
de las llamadas pantallas para mantener los tubos 3 de
transferencia de calor apartados unos de otros y apartados de la
pared interior del tubo 4 de cubierta. Esto permite un paso libre
de líquido en el tubo 4 de cubierta y, en esos casos en los que es
deseable emplear regenerativamente el intercambiador 1 de calor de
tubo, no hay nada que impida que el producto se mueva alrededor y
entre los tubos 3 de transferencia de calor. En particular para
productos que contienen partículas o fibras, tales como zumos de
fruta o similares, la disposición de acuerdo con la presente
invención permite la posibilidad de emplear regenerativamente el
intercambiador 1 de calor de tubo sin el riesgo de que las fibras
se acumulen en las superficies de obstrucción que constituyen las
pantallas. La disposición de acuerdo con la presente invención
también permite una capacidad total de lavado en ambos sistemas de
flujo del intercambiador 1 de calor de tubo.
Como habrá sido evidente a partir de la
descripción anterior, la presente invención lleva a cabo una
disposición que permite el uso de un intercambiador de calor de
tubo regenerativamente sin pantallas que constituyen obstáculos en
la dirección de flujo del producto. La ausencia de pantallas
también hace posible que los llamados "productos difíciles",
es decir, productos que contienen fibras o partículas, utilicen
regenerativamente el intercambiador de calor de tubo.
La presente invención no se debe considerar
restringida a lo descrito anteriormente y mostrado en los dibujos,
siendo concebibles muchas modificaciones sin salir del alcance de
las reivindicaciones adjuntas.
Claims (4)
1. Un intercambiador (1) de calor de tubo del
tipo que tiene un cierto número de tubos (3) de transferencia de
calor rodeados por un tubo (4) de cubierta y en el que los tubos
(3) de transferencia de calor están asegurados en placas (5) de
tubo en ambos extremos, caracterizado porque se aplica una
fuerza axial F en al menos un extremo de los tubos (3) de
transferencia de calor, siendo tal la fuerza como para mantener los
tubos de transferencia de calor tirantes de manera que no se tocan
entre sí o rozan la pared interior del tubo de cubierta.
2. El intercambiador de calor de tubo según la
reivindicación 1, caracterizado porque la fuerza F se lleva
a cabo por medio de una batería (9) de muelles.
3. El intercambiador de calor de tubo según la
reivindicación 2, caracterizado porque la batería (9) de
muelles consta de un cierto número de muelles (10) de hojas.
4. El intercambiador de calor de tubo según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque la fuerza F es de aproximadamente 1000
N por tubo (3) de transferencia de calor.
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