ES2837323T3 - Distribuidor para intercambiador de calor de placas y aletas - Google Patents

Distribuidor para intercambiador de calor de placas y aletas Download PDF

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Abstract

Un intercambiador de calor de placas y aletas que comprende: una sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor que comprende un primer grupo de pasos de transferencia de calor (54) y un segundo grupo de pasos de transferencia de calor (56), conteniendo cada paso de transferencia de calor del primer grupo de pasos de transferencia de calor (54) una respectiva sección de aletas, y conteniendo cada paso de transferencia de calor del segundo grupo de pasos de transferencia de calor (56) una respectiva sección de aletas; una sección distribuidora (20) que está en contacto con la sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor a lo largo de una cara (11) de la sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor, comprendiendo la sección distribuidora (20) una pluralidad de segmentos de chapa de división (22), estando la pluralidad de segmentos de chapa de división (22) dispuestos en relación fija y espaciada, donde la pluralidad de segmentos de chapa de división (22) define un primer grupo de pasos (24) y un segundo grupo de pasos (26); un primer cabezal (30) que está en contacto y en comunicación de fluidos con el primer grupo de pasos (24) a lo largo de una cara (31) del primer cabezal (30), donde cada paso del primer grupo de pasos (24) está cerrado en un lado opuesto al primer cabezal (30) por un respectivo segmento de barra de cierre (32); un segundo cabezal (40) que está en contacto y en comunicación de fluidos con el segundo grupo de pasos (26) de la sección distribuidora (20); donde el primer grupo de pasos (24) está en contacto con la sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor a lo largo de la cara (11) de la sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor, donde cada paso del primer grupo de pasos (24) está en comunicación de fluidos con un respectivo paso de transferencia de calor del primer grupo de pasos de transferencia de calor (54) de la sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor, y donde cada paso del primer grupo de pasos (24) está cerrado en un lado opuesto a la sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor por una respectiva barra de cierre (12); donde cada paso del primer grupo de pasos (24) tiene una región de trayectoria de flujo larga (15), entre los segmentos de chapa de división de cada paso del primer grupo de pasos (24), definida por la unión de un primer cuboide y un segundo cuboide, extendiéndose el primer cuboide perpendicular a la respectiva barra de cierre (12) desde la superficie, orientada hacia el lado de las aletas, de la barra de cierre respectiva (12) hasta una posición situada al 50 % de la distancia, a lo largo de la cara (31) del primer cabezal (30), desde la respectiva barra de cierre (12) hacia la cara (11) de la sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor, y extendiéndose el segundo cuboide perpendicular al respectivo segmento de barra de cierre (32) hasta una posición situada al 50 % de la distancia, a lo largo de la cara (11) de la sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor, desde el respectivo segmento de barra de cierre (32) hacia la cara (31) del primer cabezal (30); donde cada paso del primer grupo de pasos (24) tiene una región de trayectoria de flujo corta (25), entre los segmentos de chapa de división de cada paso del primer grupo de pasos (24), limitada por la región de trayectoria de flujo larga (15), una parte de la cara (31) del primer cabezal (30) y una parte de la cara (11) de la sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor; donde la región de trayectoria de flujo larga de cada paso del primer grupo de pasos (24) contiene al menos una parte de dos o más secciones de aletas, extendidas a lo largo de la región de trayectoria de flujo larga, que incluye una sección de aletas de primer tipo (1) y una sección de aletas de segundo tipo (2), estando al menos una parte de la sección de aletas de primer tipo (1) y al menos una parte de la sección de aletas de segundo tipo (2) en contacto en una unión (9), comprendiendo la sección de aletas de primer tipo (1) una pluralidad de aletas que definen una pluralidad de canales en la sección de aletas de primer tipo (1), y comprendiendo la sección de aletas de segundo tipo (2) una pluralidad de aletas que definen una pluralidad de canales en la sección de aletas de segundo tipo (2); donde la sección de aletas de primer tipo (1) de cada paso del primer grupo de pasos (24) está en contacto con 50 la cara (31) del primer cabezal (30) a lo largo de un borde (33) de cada respectiva sección de aletas de primer tipo (1); donde la sección de aletas de segundo tipo (2) de cada paso del primer grupo de pasos (24) está en contacto con la cara (11) de la sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor a lo largo de un borde (13) de cada respectiva sección de aletas de segundo tipo (2), donde existe una solución de continuidad entre la sección de aletas de segundo tipo (2) de cada paso del primer grupo de pasos (24) y la respectiva sección de aletas del respectivo paso de transferencia de calor del primer grupo de pasos de transferencia de calor (54) en comunicación fluida con el respectivo paso del primer grupo de pasos (24); caracterizado por que la sección de aletas de primer tipo (1) y la sección de aletas de segundo tipo (2) de cada paso del primer grupo de pasos (24) tienen una respectiva relación de parámetros de factor de fricción,**(Ver fórmula)** , donde 0 <**(Ver fórmula)** <= 0,8, donde **(Ver fórmula)** donde la sección de aletas de primer tipo (1) y la sección de aletas de segundo tipo (2) de cada paso del primer grupo de pasos (24) tienen una respectiva relación de parámetros de factor**(Ver fórmula)** , donde 0 < **(Ver fórmula)**<= 0,8, donde **(Ver fórmula)** donde f1 es el respectivo factor de fricción para las aletas de la sección de aletas de primer tipo (1) de cada paso del primer grupo de pasos (24) evaluado en un número de Reynolds de 3000, f2 es el respectivo factor de fricción para las aletas de la sección de aletas de segundo tipo (2) de cada paso del primer grupo de pasos (24) evaluado en un número de Reynolds de 3000, j1 es el respectivo factor j para las aletas de la sección de aletas de primer tipo (1) de cada paso del primer grupo de pasos (24) evaluado en un número de Reynolds de 3000, j2 es el f respectivo actor j para las aletas de la sección de aletas de segundo tipo (2) de cada paso del primer grupo de pasos (24) evaluado en un número de Reynolds de 3000, Dh,1 es el respectivo diámetro hidráulico para la sección de aletas de primer tipo (1) de cada paso del primer grupo de pasos (24), Dh,2 es el respectivo diámetro hidráulico para la sección de aletas de segundo tipo (2) de cada paso del primer grupo de pasos (24), Af,1 es la respectiva área de flujo libre por unidad de anchura por paso para la sección de aletas de primer tipo (1) de cada paso del primer grupo de pasos (24), Af,2 es la respectiva área de flujo libre por unidad de anchura por paso para la sección de aletas de segundo tipo (2) de cada paso del primer grupo de pasos (24). As,1 es la respectiva área de transferencia de calor por unidad de anchura por unidad de longitud por paso para la sección de aletas de primer tipo (1) de cada paso del primer grupo de pasos (24), As,2 es la respectiva área de transferencia de calor por unidad de anchura por unidad de longitud por paso para la sección de aletas de segundo tipo (2) de cada paso del primer grupo de pasos (24), donde se utilizan unidades consistentes para cada uno de Dh,1, Dh,2, Af,1, Af,2, As,1 y As,1; donde la región de trayectoria de flujo corta (25) de cada paso del primer grupo de pasos (24) contiene dos o más respectivas secciones de aletas que incluyen una respectiva sección de aletas de tercer tipo (3) que comprende una pluralidad de aletas que definen una pluralidad de canales en la respectiva sección de aletas de tercer tipo (3), donde la respectiva sección de aletas de tercer tipo (3) de cada paso del primer grupo de pasos (24) está en contacto con la cara (31) del primer cabezal (30) a lo largo de un borde (34) de cada respectiva sección de aletas de tercer tipo (3); y donde la sección de aletas de primer tipo (1) y la sección de aletas de tercer tipo (3) de cada paso del primer grupo de pasos (24) tienen una respectiva relación de parámetros de factor de fricción,**(Ver fórmula)** , donde 0 < **(Ver fórmula)**<= 1, donde **(Ver fórmula)** donde f3 es el respectivo factor de fricción para las aletas de la sección de aletas de tercer tipo (3) de cada paso del primer grupo de pasos (24) evaluado en un número de Reynolds de 3000, Dh,3 es el respectivo diámetro hidráulico para la sección de aletas de tercer tipo (3) de cada paso del primer grupo de pasos (24) Af,3 es la respectiva área de flujo libre por unidad de anchura por paso para la sección de aletas de tercer tipo (3) de cada paso del primer grupo de pasos (24) donde se usan unidades consistentes para Dh,1, Dh,3, Af,1 y Af,3.

Description

DESCRIPCIÓN
Distribuidor para intercambiador de calor de placas y aletas
Antecedentes
Los intercambiadores de calor de placas y aletas son bien conocidos en la industria de procesos químicos, incluidos los procesos para la separación de aire.
La distribución uniforme del caudal de las corrientes de proceso que intercambian calor en los intercambiadores de calor de placas y aletas es importante para la eficiencia del intercambiador de calor.
Los intercambiadores de calor de placas y aletas con distribuidores a inglete son propensos a una mala distribución de caudal a causa de las variaciones de la resistencia al flujo debidas a las diferencias de longitud de las trayectorias de flujo en el distribuidor que alimenta el núcleo principal del intercambiador de calor. Además de las variaciones de la resistencia al flujo en el distribuidor, los cambios de densidad del fluido de proceso en el distribuidor pueden empeorar aún más la mala distribución del caudal. La densidad del fluido de proceso puede variar en el distribuidor debido a las diferencias del cambio de temperatura del fluido de proceso en el distribuidor, que también depende de la trayectoria del flujo en el distribuidor.
Los intercambiadores de calor de placas y aletas a los que se refiere la invención se divulgan en los documentos EP 0 952 419 A1, EP 0 740 119 A2, FR 2 085 924 A1 y US 3 860 065 A. Los documentos FR 2085 924 A1 y US 3860 065 A describen intercambiadores de calor de placas y aletas con unas secciones distribuidoras que comprenden unos pasos que contienen secciones de aletas de diferentes tipos, incluida una sección en forma de cuña conformada y orientada de forma exclusiva que está conformada y orientada de modo que el fluido que pasa más cerca del lado de la boca del paso respectivo avanza más por la sección de cuña que el fluido que pasa más lejos del lado de la boca. El material con el que están construidas las aletas de la sección de cuña se selecciona para que tenga una resistencia al flujo de fluido a través de la misma, por unidad de longitud, comparativamente más alta que las otras secciones del distribuidor.
La industria desea intercambiadores de calor de placas y aletas con una mayor eficiencia de intercambio de calor, es decir, intercambiadores de calor más pequeños que proporcionen el mismo servicio térmico que los intercambiadores de calor más grandes.
La industria desea distribuidores para intercambiadores de calor de placas y aletas que mejoren la distribución del caudal del fluido de proceso en el núcleo del intercambiador de calor.
Breve sumario
La presente divulgación se refiere a intercambiadores de calor de placas y aletas. La presente divulgación se refiere más específicamente a una mejora del distribuidor de los intercambiadores de calor de placas y aletas. Los intercambiadores de calor de placas y aletas de acuerdo con la invención se describen en la reivindicación 1 y la reivindicación 2. El documento FR 2 085 924 divulga un intercambiador de calor que tiene las características del preámbulo de las reivindicaciones 1 y 2. La reivindicación 14 describe un proceso que emplea tal intercambiador de calor de placas y aletas. Las reivindicaciones subordinadas describen desarrollos adicionales ventajosos.
Existen características adicionales del intercambiador de calor de placas y aletas según se describe a continuación. Cada una de estas características es adecuada para desarrollar adicionalmente cada una de las reivindicaciones. En cada una de las realizaciones descritas en las reivindicaciones, una o más características de la sección de aletas de primer tipo de cada paso del primer grupo de pasos pueden ser diferentes de las correspondientes características de la sección de aletas de segundo tipo de cada paso del primer grupo de pasos, y las una o más características de la sección de aletas se seleccionan del grupo que consiste en estilo de aleta, área libre de flujo, densidad de aletas, espesor de aleta y diámetro hidráulico.
En cada una de las realizaciones descritas en las reivindicaciones, la sección distribuidora puede fabricarse independientemente de la sección de núcleo principal del intercambiador de calor y unirse a la sección de núcleo principal del intercambiador de calor en la cara de la sección de núcleo principal del intercambiador de calor.
En cada una de las realizaciones descritas en las reivindicaciones, la sección distribuidora puede ser un distribuidor a inglete, y la sección de aletas de primer tipo está en contacto con al menos una parte de la sección de aletas de segundo tipo en una unión que sigue a una diagonal desde una intersección de la barra de cierre y el segmento de barra de cierre hasta una intersección de la cara del primer cabezal y la cara de la sección de núcleo principal del intercambiador de calor.
Cada sección de aletas de tercer tipo de cada paso del primer grupo de pasos puede extenderse a través de al menos el 20 %, o al menos el 40 % del volumen de la región de trayectoria de flujo corta (25) del respectivo paso (24) en cada una de las realizaciones reivindicadas que comprende una sección de aletas de tercer tipo (3). En cada una de las realizaciones reivindicadas que comprenden una sección de aletas de tercer tipo, cada sección de aletas de tercer tipo de cada paso del primer grupo de pasos puede extenderse desde el borde de cada respectiva sección de aletas de tercer tipo hacia una unión y hacer contacto en la unión con al menos una parte de una sección de aletas que se extiende desde la unión y hacia la cara de la sección de núcleo principal del intercambiador de calor.
En cada una de las realizaciones reivindicadas que comprenden una sección de aletas de tercer tipo, cada sección de aletas de tercer tipo de cada paso del primer grupo de pasos puede extenderse desde el borde de cada respectiva sección de aletas de tercer tipo hacia una unión y hacer contacto en la unión con al menos una parte de al menos una sección de aletas de un tipo diferente al tercer tipo.
En cada una de las realizaciones reivindicadas que comprenden una sección de aletas de un cuarto tipo, cada sección de aletas de cuarto tipo de cada paso del primer grupo de pasos puede extenderse a través de al menos el 20 %, o al menos el 40 %, del volumen de la región de trayectoria de flujo corta del paso respectivo.
En cada una de las realizaciones reivindicadas que comprenden una sección de aletas de cuarto tipo, cada sección de aletas de cuarto tipo de cada paso del primer grupo de pasos puede extenderse desde el borde de cada respectiva sección de aletas de cuarto tipo hacia una unión y hacer contacto en la unión con al menos una parte de una sección de aletas que se extiende desde la unión hacia la cara de la sección distribuidora.
En cada una de las realizaciones reivindicadas que comprenden una sección de aletas de cuarto tipo, cada sección de aletas de cuarto tipo de cada paso del primer grupo de pasos puede extenderse desde el borde de cada respectiva sección de aletas de cuarto tipo hacia una unión y hacer contacto en la unión con al menos una parte de una sección de aletas de un tipo diferente al cuarto tipo.
Breve descripción de varias vistas de los dibujos
La invención se explica a continuación a modo de ejemplo con referencia a las figuras. La Fig. 6 muestra un distribuidor de una realización que no se reivindica pero que sirve para comprender la invención reivindicada.
La FIG. 1 muestra una sección transversal de un intercambiador de calor de placas y aletas.
La FIG. 2 muestra aletas de diferentes estilos.
La FIG. 3 muestra una sección transversal de una sección de un intercambiador de calor de placas y aletas. La FIG. 4 muestra la sección AA de la sección distribuidora de la FIG. 3 y la FIG. 6.
La FIG. 5 muestra la sección BB de la sección distribuidora de la FIG. 3 y la FIG. 6.
La FIG. 6 muestra una sección transversal de una sección distribuidora que tiene dos secciones de aletas.
La FIG. 7 muestra una sección transversal de una sección distribuidora que tiene tres secciones de aletas.
La FIG. 8 muestra una sección transversal de una sección distribuidora que tiene tres secciones de aletas.
La FIG. 9 muestra una sección transversal de una sección distribuidora que tiene cuatro secciones de aletas. La FIG. 10 muestra una sección transversal de una sección distribuidora que tiene cinco secciones de aletas. La FIG. 11 muestra una sección transversal de una sección distribuidora que tiene una sección de aletas que tiene una dirección longitudinal en la misma dirección que la dirección longitudinal de las aletas de la sección de núcleo principal del intercambiador de calor.
La FIG. 12 muestra una sección transversal de una sección distribuidora que tiene dos secciones de aletas. La FIG. 13 muestra una sección transversal de una sección distribuidora de un intercambiador de calor de placas y aletas.
La FIG. 14 muestra la sección CC de la sección distribuidora de la FIG. 13.
La FIG. 15 muestra la sección DD de la sección distribuidora de la FIG. 13.
La FIG. 16 muestra el intercambiador de calor y el distribuidor discretizados en una malla y una trayectoria de flujo de fluido para la primera corriente (caliente).
La FIG. 17 muestra el intercambiador de calor y el distribuidor discretizados en una malla y una trayectoria de flujo de fluido para la segunda corriente (fría).
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
La siguiente descripción detallada proporciona solo realizaciones de ejemplo preferidas y no pretende limitar el alcance, la aplicabilidad o la configuración de la invención. Más bien, la siguiente descripción detallada de los ejemplos de realizaciones preferidas proporcionará a los expertos en la técnica una descripción que permita poner en práctica las realizaciones de ejemplo preferidas de la invención, entendiéndose que se pueden realizar diversos cambios en la función y disposición de los elementos sin salirse del alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones.
Los artículos "un" y "una" tal como se usan en el presente documento significan uno o más cuando se aplican a cualquier característica de las realizaciones de la presente invención descrita en la memoria descriptiva y las reivindicaciones. El uso de "un" y "una" no limita el significado a una sola característica a menos que se indique específicamente tal límite. Los artículos "el, la, los, las" precediendo a sustantivos o frases nominales en singular o plural denotan una o varias características especificadas particulares y pueden tener una connotación singular o plural dependiendo del contexto en el que se usen.
El adjetivo "cualquier" significa uno, algunos o la totalidad indiscriminada de cualquier cantidad.
El término "y/o" colocado entre una primera entidad y una segunda entidad incluye cualquiera de estos significados: (1) solo la primera entidad, (2) solo la segunda entidad, y (3) la primera entidad y la segunda entidad. El término "y/o" colocado entre las dos últimas entidades de una lista de 3 o más entidades significa al menos una de las entidades de la lista, incluyendo cualquier combinación específica de entidades de esa lista. Por ejemplo, "A, B y/o C" tiene el mismo significado que "A y/o B y/o C" y comprende las siguientes combinaciones de A, B y C: (1) solo A, (2) solo B, (3) solo C, (4) A y B y no C, (5) A y C y no B, (6) B y C y no A, y (7) A y B y C.
La frase "al menos uno de" precediendo a una lista de características o entidades significa una o más de las características o entidades de la lista de entidades, pero sin incluir necesariamente al menos una de cada una y todas las entidades enumeradas específicamente dentro de la lista de entidades y sin excluir ninguna combinación de entidades de la lista de entidades. Por ejemplo, "al menos uno de A, B o C" (o de manera equivalente "al menos uno de A, B y C" o de manera equivalente "al menos uno de A, B y/o C") tiene el mismo significado que "A y/o B y/o C" y comprende las siguientes combinaciones de A, B y C: (1) solo A, (2) solo B, (3) solo C, (4) A y B y no C, (5) A y C y no B, (6) B y C y no A, y (7) A y B y C.
El término "pluralidad" significa "dos o más de dos."
Tal como se usa en el presente documento, "transferencia indirecta de calor" es la transferencia de calor desde una corriente hasta otra corriente cuando las corrientes no se mezclan entre sí. La transferencia de calor indirecta incluye, por ejemplo, la transferencia de calor desde un primer fluido hasta un segundo fluido en un intercambiador de calor donde los fluidos están separados por placas o tubos.
Tal como se usa en el presente documento, "primero", "segundo", "tercero", etc., se utilizan para distinguir entre una pluralidad de etapas y/o funciones, y no es indicativo del número total, o de la posición relativa en el tiempo y/o el espacio a menos que se indique expresamente lo contrario.
A fin de ayudar a la descripción de la invención, se pueden usar términos direccionales en la memoria técnica y las reivindicaciones para describir partes de la presente invención (por ejemplo, superior, arriba, inferior, abajo, izquierda, derecha, etc.). Estos términos direccionales están destinados simplemente a ayudar a describir y reivindicar la invención y no están destinados a limitar la invención de ninguna manera. Además, los números de referencia que se introducen en la memoria técnica en asociación con una figura de dibujo pueden repetirse en una o más figuras posteriores sin una descripción adicional en la memoria técnica para proporcionar contexto para otras características.
En las reivindicaciones se pueden utilizar letras para identificar etapas reivindicadas (por ejemplo, (a), (b), y (c)). Estas letras se utilizan para ayudar a referirse a las etapas del procedimiento y no pretenden indicar el orden en el que se realizan las etapas reivindicadas, a menos y solo en la medida en que se mencione específicamente dicho orden en las reivindicaciones.
La presente divulgación se refiere a intercambiadores de calor de placas y aletas. El intercambiador de calor de placas y aletas de la presente descripción se describirá con referencia a las figuras.
La FIG. 1 es una representación general de un intercambiador de calor de placas y aletas. Tal como se muestra en la FIG. 1, se hace pasar una primera corriente (caliente) desde el cabezal 30 hasta la sección distribuidora 20, desde la sección distribuidora 20 a través de la sección de núcleo principal 10 del intercambiador de calor hasta la sección distribuidora 50, y desde la sección distribuidora 50 hasta el cabezal 60. Se hace pasar una segunda corriente (fría) desde el cabezal 70 hasta la sección distribuidora 50, desde la sección distribuidora 50 a través de la sección de núcleo principal 10 del intercambiador de calor hasta la sección distribuidora 20, desde la sección distribuidora 20 hasta el cabezal 40. Se muestra que la primera corriente (caliente) pasa a través del intercambiador calor de placas y aletas, en una dirección de flujo a contracorriente de la segunda corriente (fría).
El intercambiador de calor de placas y aletas comprende una sección de núcleo principal 10 del intercambiador de calor. La sección de núcleo principal 10 del intercambiador de calor comprende segmentos de chapa de división y aletas. Los segmentos de chapa de división separan un primer grupo de pasos de transferencia de calor 54 de un segundo grupo de pasos de transferencia de calor 56, ilustrados en la FIG. 5. Cada paso de transferencia de calor del primer grupo de pasos de transferencia de calor 54 contiene una respectiva sección de aletas. La respectiva sección de aletas de cada paso de transferencia de calor del primer grupo de pasos de transferencia de calor 54 comprende una pluralidad de aletas que definen una pluralidad de canales en la respectiva sección de aletas de cada paso de transferencia de calor 54 del primer grupo de pasos de transferencia de calor 54. El paso de transferencia de calor 56 del segundo grupo de pasos de transferencia de calor 56 contiene una respectiva sección de aletas. La respectiva sección de aletas de cada paso de transferencia de calor del segundo grupo de pasos de transferencia de calor 56 comprende una pluralidad de aletas que definen una pluralidad de canales en la respectiva sección de aletas de cada paso de transferencia de calor del segundo grupo de pasos de transferencia de calor 56. Tanto el primer grupo de pasos de transferencia de calor 54 como el segundo grupo de pasos de transferencia de calor 56 de la sección de núcleo principal 10 del intercambiador de calor puede comprender cualquier estilo de aletas conocido, por ejemplo, aletas rectas, aletas perforadas, aletas dentadas y aletas en espiga. Los diversos estilos de aletas se ilustran en la FIG. 2.
El primer grupo de pasos de transferencia de calor 54 puede estar configurado para transportar una primera corriente (caliente) desde la sección distribuidora 20 hasta la sección distribuidora 50 y ceder calor a la segunda corriente (fría). El segundo grupo de pasos de transferencia de calor 56 puede configurarse para transportar una segunda corriente (fría) desde la sección distribuidora 50 hasta la sección distribuidora 20 y recibir calor de la primera corriente (caliente). El intercambiador de calor de placas y aletas puede configurarse para hacer pasar la primera corriente (caliente) a través del primer grupo de pasos de transferencia de calor 54 según un flujo a contracorriente de la segunda corriente (fría) que pasa a través del segundo grupo de pasos de transferencia de calor 56.
En el caso de separación de aire, la primera corriente (caliente) puede ser aire y la segunda corriente (fría) puede ser un gas residual rico en nitrógeno procedente de una columna de destilación. El primer grupo de pasos de transferencia de calor 54 y el segundo grupo de pasos de transferencia de calor 56 están configurados para proporcionar una transferencia de calor indirecta entre la primera corriente (caliente) y la segunda corriente (fría). Cada paso de transferencia de calor del primer grupo de pasos de transferencia de calor 54 puede ser adyacente al menos a un paso de transferencia de calor del segundo grupo de pasos de transferencia de calor 56. Cada paso de transferencia de calor del segundo grupo de pasos de transferencia de calor 56 puede ser adyacente al menos a un paso de transferencia de calor del primer grupo de pasos de transferencia de calor 54.
El intercambiador de calor de placas y aletas comprende una sección distribuidora 20 que está en contacto con la sección de núcleo principal 10 del intercambiador de calor a lo largo de una cara 11 de la sección de núcleo principal 10 del intercambiador de calor. Con referencia a las FIGS. 3-6, que muestran varias vistas de la sección distribuidora 20, la sección distribuidora 20 comprende una pluralidad de segmentos de chapa de división 22. La pluralidad de segmentos de chapa de división 22 están dispuestos según una relación fija, sustancialmente paralela y espaciada entre sí. La pluralidad de segmentos de chapa de división 22 define un primer grupo de pasos 24 y un segundo grupo de pasos 26. Cada paso 24 del primer grupo de pasos 24 puede ser adyacente al menos a un paso 26 del segundo grupo de pasos 26. Cada paso del segundo grupo de pasos 26 puede ser adyacente al menos a un paso del primer grupo de pasos 24.
Cada paso del primer grupo de pasos 24 de la sección distribuidora 20 está en comunicación de fluidos con un respectivo paso de transferencia de calor del primer grupo de pasos de transferencia de calor 54 del núcleo principal 10 del intercambiador de calor. Cada paso del segundo grupo de pasos 26 de la sección distribuidora 20 está en comunicación de fluidos con un respectivo paso de transferencia de calor del segundo grupo de pasos de transferencia de calor 56 del núcleo principal 10 del intercambiador de calor.
Haciendo referencia a las FIGS. 3-10, el intercambiador de calor de placas y aletas comprende un primer cabezal 30 que está en contacto y en comunicación de fluidos con el primer grupo de pasos 24 de la sección distribuidora 20 a lo largo de una cara 31 del primer cabezal 30. Cada paso del primer grupo de pasos 24 está cerrado, en un lado opuesto al primer cabezal 30, por un respectivo segmento de barra de cierre 32. Cada respectivo segmento de barra de cierre 32 tiene una superficie, orientada hacia el lado de las aletas (es decir, el lado interno), que tiene una longitud Lh
El primer grupo de pasos 24 está en contacto con la sección de núcleo principal 10 del intercambiador de calor a lo largo de una cara 11 de la sección de núcleo principal 10 del intercambiador de calor. Cada paso del primer grupo de pasos 24 está en comunicación de fluidos con un respectivo paso de transferencia de calor del primer grupo de pasos 54 de transferencia de calor de la sección de núcleo principal 10 del intercambiador de calor. Cada paso del primer grupo de pasos 24 está cerrado, en un lado opuesto a la sección de núcleo principal 10 del intercambiador de calor, por una respectiva barra de cierre 12. Cada respectiva barra de cierre12 tiene una superficie, orientada hacia el lado de las aletas, que tiene una longitud Lw-Tal como se muestra en las FIGS. 3, 4 y 7-10, cada paso del primer grupo de pasos 24 tiene una región de trayectoria de flujo larga 15, entre los segmentos de chapa de división 22 de cada paso del primer grupo de pasos 24, y una región de trayectoria de flujo corta 25, entre los segmentos de chapa de división 22 de cada paso del primer grupo de pasos 24, llamadas así porque la distancia recorrida por el fluido de proceso en la sección distribuidora para la región de trayectoria de flujo larga 15 es mayor que la distancia recorrida para la región de trayectoria de flujo corta 25 La distancia que el fluido de proceso necesita recorrer en la sección distribuidora 20, desde el cabezal 30 hasta el núcleo principal 10 del intercambiador de calor, afecta a la distribución del caudal del fluido de proceso en el núcleo principal 10 del intercambiador de calor.
La región de trayectoria de flujo larga 15 para cada paso del primer grupo de pasos 24 se define por la unión de un primer cuboide y un segundo cuboide. Un "cuboide" es una forma tridimensional que tiene seis caras rectangulares en ángulos sustancialmente rectos entre sí. El primer cuboide se extiende perpendicularmente a la respectiva barra de cierre 12, desde la superficie orientada hacia el lado de las aletas de la respectiva barra de cierre 12 hasta una posición situada al 50 % de la distancia, a lo largo de la cara 31 del primer cabezal 30, entre la respectiva barra de cierre 12 y la cara 11 de la sección de núcleo principal 10 del intercambiador de calor. El segundo cuboide se extiende perpendicularmente al segmento 32 de la respectiva barra de cierre hasta una posición situada al 50% de la distancia, a lo largo de la cara 11 de la sección de núcleo principal 10 del intercambiador de calor, entre el respectivo segmento de barra de cierre 32 y la cara 31 del primer cabezal 30.
En la FIG. 3, la región de trayectoria de flujo larga 15 se asemeja a una "L" girada 90 ° en el sentido de las agujas del reloj.
La región de trayectoria de flujo corta 25 para cada paso del primer grupo de pasos 24 está delimitada por la región de trayectoria de flujo larga 15, una parte de la cara 31 del primer cabezal 30 y una parte de la cara 11 de la sección de núcleo principal 10 del intercambiador de calor.
La región de trayectoria de flujo larga 15 contiene al menos una parte de dos o más secciones de aletas que se extiende a través de toda la región de trayectoria de flujo larga 15 e incluye una sección 1 de aletas de un primer tipo y una sección 2 de aletas de un segundo tipo. Tal como se usa en el presente documento, el término "tipo" se utiliza para distinguir entre secciones de aletas compuestas por aletas que tengan una o más características diferentes, tales como el estilo de las aletas y/o el área de flujo libre y/o la densidad de las aletas y/o el diámetro hidráulico, etc. Por ejemplo, la sección de aletas de primer tipo 1 puede tener unas aletas en espiga con una primera densidad de aletas a diferencia de la sección de aletas de segundo tipo 2 que tiene aletas en espiga con una segunda densidad de aletas diferente de la primera densidad de aletas.
La región de trayectoria de flujo larga 15 de cada paso del primer grupo de pasos 24 puede no contener otras secciones de aletas adicionales si no es una parte o la totalidad de la sección de aletas de primer tipo y una parte o la totalidad de la sección de aletas de segundo tipo, tal como se muestra en las FIGS. 6, 7 y 9.
La región de trayectoria de flujo larga 15 de cada paso del primer grupo de pasos 24 puede contener una parte o la totalidad de una o más secciones de aletas, por ejemplo, una sección de aletas de un tercer tipo, además de una parte o la totalidad de la sección de aletas de primer tipo 1 y una parte o la totalidad de la sección de aletas de segundo tipo 2, tal como se muestra en las FIGS. 8 y 10. En el caso de que cada paso del primer grupo de pasos 24 contenga una parte o la totalidad de una o más secciones de aletas además de una parte o la totalidad de la respectiva sección de aletas de primer tipo 1 y una parte o la totalidad de la respectiva sección de aletas de segundo tipo 2, la respectiva sección de aletas de primer tipo 1 y la respectiva sección de aletas de segundo tipo 2, en combinación, pueden extenderse sobre al menos el 50 %, o al menos el 75 %, o al menos el 90 % del volumen de la región de trayectoria de flujo larga 15 del respectivo paso 24.
Las secciones de aletas de diferentes tipos se designan como sección de aletas de primer tipo, sección de aletas de segundo tipo, sección de aletas de tercer tipo, etc. Una sección de aletas de un cierto tipo, por ejemplo la sección de aletas de primer tipo 1, se compone de una disposición de aletas que tiene al menos una característica estructural, de las que afectan al flujo de fluido y/o a la transferencia de calor, que difiere de la misma característica estructural de una sección de aletas de otro tipo, por ejemplo la sección de aletas de segundo tipo 2, y de una sección de aletas opcional de otro tipo. La al menos una característica estructural por la que una sección de aletas de un tipo, por ejemplo la sección de aletas de primer tipo 1, difiere de una sección de aletas de otro tipo, por ejemplo la sección de aletas de segundo tipo 2, o de una sección de aletas opcional de tercer tipo, puede ser el estilo de las aletas, del que se ilustran ejemplos en la FIG. 2, el área de flujo libre, la densidad de aletas, el diámetro hidráulico, etc.
Tal como se muestra en las FIGS. 6, 7, 9 y 10, la región de trayectoria de flujo corta 25 de cada paso del primer grupo de pasos 24 puede contener una parte de la sección de aletas de primer tipo 1.
Tal como se muestra en las FIGS. 6, 7, 8, 9 y 10, la región de trayectoria de flujo corta 25 de cada paso del primer grupo de pasos 24 puede contener una parte de la sección de aletas de segundo tipo 2.
Al menos una parte de la sección de aletas de primer tipo 1 está en contacto con al menos una parte de la sección de aletas de segundo tipo 2 en una unión 9. Tal como se muestra en las FIGS. 6, 7, 8, 9, 10, la unión 9 puede seguir una diagonal desde la intersección de la barra de cierre 12 con el segmento de barra de cierre 32 hasta la intersección de la cara 31 del primer cabezal 30 con la cara 11 de la sección de núcleo principal 10 del intercambiador de calor. La sección distribuidora 20 es lo que se denomina distribuidor a inglete.
La sección de aletas de primer tipo 1 comprende una pluralidad de aletas que definen una pluralidad de canales en la sección de aletas de primer tipo 1. La sección de aletas de primer tipo 1 de cada paso del primer grupo de pasos está en contacto con la cara 31 del primer cabezal 30 a lo largo de un borde 33 de cada respectiva sección de aletas de primer tipo 1. Cada sección de aletas de primer tipo tiene un segundo borde 7. El segundo borde 7 de cada respectiva sección de aletas de primer tipo puede ser paralelo a la respectiva barra de cierre 12 de cada paso del primer grupo de pasos 24. Un segundo borde 7 de la sección de aletas de primer tipo 1 "paralelo" a la barra de cierre 12 significa que el espacio entre la barra de cierre 12 y el borde 7 de la sección de aletas de primer tipo 1 varía en menos del 5 % de Lw sobre la longitud, Lw, de la barra de cierre 12.
La sección de aletas de primer tipo 1 de cada paso del primer grupo de pasos 24 tiene una dirección longitudinal. La dirección longitudinal de una sección de aletas corresponde a la dirección longitudinal de las aletas. La dirección longitudinal de una sección de aletas es perpendicular a la dirección de densidad de las aletas. La sección de aletas forma unos canales en los que la trayectoria de menor resistencia para el fluido de proceso es en la dirección longitudinal. La dirección longitudinal para cada estilo de aleta aparece en la FIG. 2.
La dirección longitudinal de la sección de aletas de primer tipo 1 puede estar alineada en paralelo con la respectiva barra de cierre 12 de cada paso del primer grupo de pasos 24. Una dirección longitudinal alineada "en paralelo" con la barra de cierre 12 significa que la distancia entre un segmento plano, perpendicular a las chapas de división en dirección longitudinal y a la barra de cierre 12, varía en menos del 5 % de Lw sobre la longitud, Lw, de la barra de cierre 12.
Cada sección de aletas de segundo tipo 2 comprende una pluralidad de aletas que define una pluralidad de canales en cada respectiva sección de aletas de segundo tipo 2. La sección de aletas de segundo tipo 2 de cada paso del primer grupo de pasos 24 está en contacto con la cara 11 de la sección de núcleo principal 10 del intercambiador de calor a lo largo de un borde 13 de cada respectiva sección de aletas de segundo tipo 2. La sección de aletas de segundo tipo 2 de cada paso del primer grupo de pasos 24 y la respectiva sección de aletas del respectivo paso de transferencia de calor del primer grupo de pasos de transferencia de calor 54, que está en comunicación de fluidos con el respectivo paso del primer grupo de pasos 24, son piezas de sección de aletas independientes. Por lo tanto, existe una solución de continuidad entre la sección de aletas de segundo tipo 2 de cada paso del primer grupo de pasos 24 y la respectiva sección de aletas del respectivo paso de trasferencia de calor del primer grupo de pasos de transferencia de calor 54, que está en comunicación de fluidos con el respectivo paso del primer grupo de pasos 24. Puede existir un huelgo de 0,5 mm a 5 mm entre la sección de aletas de segundo tipo 2 y la respectiva sección de aletas de la sección de núcleo principal 10 del intercambiador de calor. Una de las ventajas de tener piezas independientes de secciones de aletas en la cara 11 entre la sección de núcleo principal 10 del intercambiador de calor y la sección distribuidora 20 es la facilidad de fabricación.
Una o más características de la sección de aletas de segundo tipo 2 de cada paso del primer grupo de pasos 24 pueden ser diferentes de una correspondiente característica de la sección de aletas limítrofe del paso de transferencia de calor del núcleo principal del intercambiador de calor. La una o más características de la sección de aletas se pueden seleccionar del grupo que consiste en estilo de aleta, área de flujo libre, densidad de aletas, espesor de aleta y diámetro hidráulico. La eficiencia general del intercambiador de calor de placas y aletas se puede mejorar utilizando, para la sección distribuidora, unas características de aletas que sean diferentes de las características de aletas del núcleo principal del intercambiador de calor. Los criterios para la selección de las características de las aletas de la sección distribuidora pueden inclinarse hacia una mejor distribución del flujo y una mejor transferencia de calor, mientras que los criterios para la selección de las características de las aletas para la sección de núcleo principal del intercambiador de calor pueden inclinarse hacia una mejor transferencia de calor. El resultado es un mayor rendimiento general de transferencia de calor en el intercambiador de calor de placas y aletas.
Cada sección de aletas de segundo tipo 2 tiene un segundo borde 8. El segundo borde 8 de cada respectiva sección de aletas de segundo tipo puede ser paralelo al respectivo segmento de barra de cierre 32 de cada paso del primer grupo de pasos 24. Un segundo borde 8 de la sección de aletas de segundo tipo 2 "en paralelo" con el segmento de barra de cierre 32 significa que el espacio entre el segmento de barra de cierre 32 y el borde 8 de la sección de aletas de segundo tipo 2 varía en menos del 5 % de Lh sobre la longitud, Lh, del segmento de la barra de cierre 32. La sección de aletas de segundo tipo 2 de cada paso del primer grupo de pasos 24 tiene una dirección longitudinal. La dirección longitudinal de la sección de aletas de segundo tipo 2 puede alinearse paralelamente con el respectivo segmento de barra de cierre 32 de cada paso del primer grupo de pasos 24. Una dirección longitudinal alineada "en paralelo" con el segmento de barra de cierre 32 significa que la distancia entre un segmento plano, perpendicular a las chapas de división en la dirección longitudinal, y el segmento de barra de cierre 32 varía en menos del 5 % de Lh sobre la longitud, Lh, del segmento de barra de cierre 32.
De acuerdo con la presente divulgación, la sección de aletas de segundo tipo 2 de cada paso 24 es diferente de la sección de aletas de primer tipo 1 de cada paso, lo que significa que la sección de aletas de segundo tipo 2 tiene al menos una característica diferente con respecto a la sección de aletas de primer tipo 1, tal como aletas de diferente estilo, diámetro hidráulico, área de flujo libre por unidad de anchura por paso, o área de transferencia de calor por unidad de anchura por unidad de longitud por paso. La sección de aletas de primer tipo 1 y la sección de aletas de segundo tipo 2 de cada paso del primer grupo de pasos 24 se caracterizan por una respectiva relación de F i . f l e = 3 0 0 Q ,Re= 3 0 0 0
parámetros de factor de fricción, ^ (**=3000 , donde O < ^2,fle=3000 < 0,8,
F i,Re=3000
Figure imgf000008_0001
o O < ^Z-Re 3000 < 0,3, y una relación de parámetros de factor j,
ll.Ke~iOVO / l . W e = 3 o o o
donde 0 < 3000 < Q8 o 0< / z . R f = 3 0 0 0 ^ 0 3
• 2
Fl,Re=300Qt l l Af.2Dh,2
^2,Re=3000i f z A f ' iP h . l
La relación de parámetros del factor de fricción , es ' , donde
fi es el factor de fricción para las aletas de la sección de aletas de primer tipo 1 evaluado a un número de Reynolds de 3000,
f2 es el factor de fricción para las aletas de la sección de aletas de segundo tipo 2 evaluado a un número de Reynolds de 3000,
Dh,i es el diámetro hidráulico para la sección de aletas de primer tipo 1,
Dh,2 es el diámetro hidráulico para la sección de aletas de segundo tipo 2,
Af,i es el área de flujo libre por unidad de anchura por paso para la sección de aletas de primer tipo 1, y Af,2 es el área de flujo libre por unidad de anchura por paso para la sección de aletas de segundo tipo 2.
Jl.Re=3000
Figure imgf000008_0002
La relación de parámetros del factor j, /2.R«?=3000 es zî<' s z i4 /.l
donde
j i es el factor j para las aletas de la sección de aletas de primer tipo 1 evaluado a un número de Reynolds de 3000,
j2 es el factor j para las aletas de la sección de aletas de segundo tipo 2 evaluado en un número de Reynolds de 3000,
Asi es el área de transferencia de calor por unidad de anchura por unidad de longitud por paso para la sección de aletas de primer tipo 1,
As,2 es el área de transferencia de calor por unidad de anchura por unidad de longitud por paso para la sección de aletas de segundo tipo 2,
A,i es el área de flujo libre por unidad de anchura por paso para la sección de aletas de primer tipo 1, y Af,2 es el área de flujo libre por unidad de anchura por paso para la sección de aletas de segundo tipo 2.
Los valores para cada uno de los parámetros fi, f2, ji, j 2, Dh,i, Dh,z Af,i, Af,2, As,i y As,i pueden ser facilitados por los proveedores o fabricantes de los tipos de aletas disponibles comercialmente, siendo estos los valores preferidos para diseñar el aparato. En el caso de que los proveedores o fabricantes no dispongan de los valores, pueden determinarse los valores a partir de métodos de prueba estándar, tales como los descritos, por ejemplo, en las publicaciones de Kays, W.M. y London, A.L., Heat Transfer and Flow Friction Characteristics of Some Compact Heat Exchanger Surfaces - Parte I: Test System and Procedure, Trans. ASME, vol. 72, págs. 1075-1085, 1950, y de London, A.L. y Ferguson, C.K., Test Results of High Performance Heat Exchanger Surfaces Used in Aircraft Intercoolers and Their Significance for Gas Turbine Regenerator Design, Trans. ASME, vol. 71, pág. 17, 1949.
En caso de cualquier diferencia entre los valores obtenidos de Kays y London, 1950 y los obtenidos de London y Ferguson, 1949, los valores de Kays y London, 1950 tienen prioridad para la puesta en práctica del presente aparato.
El factor de fricción, f, y el factor j son números adimensionales cuyos valores son una función del número de
Reynolds. El número de Reynolds, Re, también es un número adimensional y se define por P , donde p es la densidad del fluido, v es la velocidad del fluido en los canales de aletas, Dh es el diámetro hidráulico de los canales en la sección de aletas, y p es la viscosidad del fluido.
La sección distribuidora funciona generalmente con un número de Reynolds comprendido entre 2.000 y 30.000. Se ha descubierto que evaluar el factor de fricción y el factor j en un número de Reynolds de 3000 es útil para caracterizar el campo de la relación de parámetros del factor de fricción y la relación de parámetros del factor j, lo que proporciona beneficios de acuerdo con la presente divulgación.
Se utilizan unidades consistentes para cada uno de los parámetros, por lo que que la relación de parámetros del factor de fricción y la relación de parámetros del factor j son adimensionales. Si Dh,i tiene unidades de m, entonces Dh,2tiene unidades de m. Si A , i tiene unidades de m2/m, entonces A,2 tiene unidades de m2/m. Si As¡i tiene unidades de m2/m/m, entonces As,2 tiene unidades de m2/m/m.
La conveniencia de usar una sección de aletas de primer tipo y una sección de aletas de segundo tipo, tal como se describe, puede entenderse a partir del siguiente análisis.
La distribución del flujo entre los canales de las aletas está determinada por la resistencia al flujo, o caída de presión, en cada canal de las aletas. La caída de presión por unidad de longitud viene dada por
d P _ f 2 G 2 _ f 2 M 2
dL p D h p A 'f2 D h
donde G es el flujo másico, M es el caudal másico a través de un paso, A'f es el área de flujo libre por paso, y los otros parámetros son los descritos anteriormente. Cuando se desprecia la variación de densidad, la relación entre las caídas de presión por unidad de longitud en la sección de aletas de primer tipo y en la sección de aletas de segundo tipo se puede escribir como
Figure imgf000009_0001
donde
Figure imgf000009_0002
, que solo es función de las características de las aletas.
La primera corriente (caliente) entra en el intercambiador de calor por el cabezal (30) y sale del intercambiador de calor por el cabezal (60). La trayectoria total del flujo a través del distribuidor (20) y el distribuidor (50) es la misma por los diferentes canales de aletas. Sin embargo, la densidad de fluido es mucho menor en el distribuidor (20) que en el distribuidor (50). Por lo tanto, la resistencia al flujo en los canales de aletas que tienen una trayectoria de flujo larga en el distribuidor (20) es mayor que la de los canales de aletas que tienen una trayectoria de flujo corta en el distribuidor (20). Para reducir dicha variación de la resistencia al flujo en los canales de aletas, es necesario reducir la resistencia al flujo en la trayectoria de flujo larga en el distribuidor (20).
La temperatura del fluido es mayor en la sección de aletas de primer tipo que en la sección de aletas de segundo tipo. Como consecuencia, la densidad de fluido es menor en la sección de aletas de primer tipo que en la sección de aletas de segundo tipo. La resistencia al flujo es más pronunciada en la sección de aletas de primer tipo que en la sección de aletas de segundo tipo. Por lo tanto, es preciso utilizar aletas de baja resistencia en la sección de aletas de primer tipo. Se adopta F como criterio para seleccionar las aletas en las secciones de aletas de primer tipo y de segundo tipo. Cuando F es igual a 1, las características de las aletas en la sección de aletas de primer tipo son iguales a las características de las aletas en la sección de aletas de segundo tipo. Cuando F es menor que 1, las características de las aletas en la sección de aletas de primer tipo proporcionan una menor resistencia al flujo que las características de las aletas en la sección de aletas de segundo tipo. Además de la variación de la resistencia al flujo debida a las diferencias de longitud de las trayectorias del flujo y a las características de las aletas en los canales de aletas, la transferencia de calor en la sección distribuidora también puede causar una densidad de fluido desigual en las diferentes secciones, lo que agrava la variación de la resistencia al flujo en los canales de aletas.
El producto, UA, del coeficiente global de transferencia de calor, U, y el área de transferencia de calor, A, por unidad de anchura por unidad de longitud por paso viene dado por
1 _ 1 1
UA hAw hAc
donde h es el coeficiente de transferencia de calor, Aw es el área de transferencia de calor por unidad de anchura por unidad de longitud por paso de la primera corriente (caliente), y Ac es el área de transferencia de calor por unidad de anchura por unidad de longitud por paso de la segunda corriente (fría).
El hA por unidad de anchura por unidad de longitud por paso para una corriente viene dado por
Figure imgf000010_0001
donde ,CP es la capacidad calorífica, k es la conductividad térmica, y los otros parámetros son los descritos anteriormente.
Cuando se desprecia la diferencia de propiedades físicas del fluido, la relación de hA por unidad de anchura por unidad de longitud por paso para una corriente en la sección de aletas de primer tipo y en la sección de aletas de segundo tipo se puede escribir como
(hAs) i ^ y'i x Af 2 _ A Asa
(h A s) 2 j z A s,2 A'f i j z A s¡z
Figure imgf000010_0002
_ h ¿su a í ,2
j J A f
donde r¿ s-z I -1, que es solo función de las características de las aletas.
La segunda corriente (fría) entra al intercambiador de calor por el cabezal (70) y sale del intercambiador de calor por el cabezal (40). En la sección distribuidora (20), la segunda corriente (fría) intercambia calor con la primera corriente (caliente). Sin embargo, la temperatura de la primera corriente (caliente) en la sección de aletas de primer tipo es más alta que la temperatura de la primera corriente (caliente) en la sección de aletas de segundo tipo. Por lo tanto, la fuerza motriz para intercambiar calor entre la primera corriente (caliente) y la segunda corriente (fría) en la sección de aletas de primer tipo es mayor que la fuerza motriz para intercambiar calor entre la primera corriente (caliente) y la segunda corriente (fría) en la sección de aletas de segundo tipo. Estas fuerzas motrices desiguales dan como resultado unas temperaturas y densidades de fluido desiguales en los canales de aletas de la segunda corriente (fría) y llevan a una mala distribución del flujo. Para reducir esta mala distribución del flujo debida a unas fuerzas motrices desiguales, se puede utilizar un hA más bajo en la sección de aletas de primer tipo. Por lo tanto, se adopta J como otro criterio para seleccionar las aletas de las secciones de aletas de primer tipo y de segundo tipo. Cuando J es igual a 1, las características de las aletas en la sección de aletas de primer tipo son las mismas que las características de las aletas en la sección de aletas de segundo tipo. Cuando J es menor que 1, las aletas de la sección de aletas de primer tipo tienen un hA más bajo que las de la sección de aletas de segundo tipo.
Según se muestra en las FIGS. 7, 8, 9 y 10, la región de trayectoria de flujo corta 25 de cada paso del primer grupo de pasos 24 puede contener al menos una parte de una sección de aletas de tercer tipo 3. Cada sección de aletas de tercer tipo 3 comprende una pluralidad de aletas que definen una pluralidad de canales en cada respectiva sección de aletas de tercer tipo 3. Cada sección de aletas de tercer tipo 3 de cada paso del primer grupo de pasos 24 está en contacto con la cara 31 del primer cabezal 30 a lo largo de un borde 34 de cada sección de aletas de tercer tipo 3. Cada sección de aletas de tercer tipo 3 de cada paso del primer grupo de pasos 24 se extiende desde el borde 34 hasta la unión 9 y hace tope en la unión 9 con al menos una parte de una sección de aletas que se extiende desde la unión 9 hacia la cara 11 de la sección de núcleo principal 10 del intercambiador de calor. Cada sección de aletas de tercer tipo 3 de cada paso del primer grupo de pasos 24 puede hacer contacto en la unión 9 con al menos una parte de al menos una sección de aletas de un tipo diferente al tercer tipo, tal como, por ejemplo, una parte de la sección de aletas de segundo tipo 2 en las Figs. 7 y 8 y una parte de una sección de aletas de cuarto tipo 4 en las Figs. 9 y 10.
En el caso de que la región de trayectoria de flujo corta 25 de cada paso del primer grupo de pasos 24 contenga una parte o la totalidad de una sección de aletas de tercer tipo 3, la respectiva sección de aletas de tercer tipo 3 se puede extender a través de al menos el 20 %, o al menos el 40 % del volumen de la región de trayectoria de flujo corta 25 del respectivo paso 24. Las FIGS. 7, 9 y 10 muestran la sección de aletas de tercer tipo 3 extendiéndose a través de aproximadamente el 23 % del volumen de la región de trayectoria de flujo corta 25. La FIG. 8 muestra la sección de aletas de tercer tipo 3 extendiéndose a través del 50 % del volumen de la región de trayectoria de flujo corta 25.
Cuando se incluye una sección de aletas de tercer tipo 3 en cada paso del primer grupo de pasos 24, las características preferidas de cada sección de aletas de tercer tipo 3, en relación con las características de cada sección de aletas de primer tipo 1 de cada paso, puede expresarse en términos de una relación de parámetros de Fi,Re=3QOO Finesjooo
factor de fricción í' 3 ííe=3000 i donde 0 < 3.fic-3ooo < ^
Fi,R1e=30oo p r l , f _ i e = 3 0 0 0 _ ^ __ I __ R ___ c __ - _ 3 ______ o 0 < aJ!e=3000 < 0,95, o 0 < ^s.Re=30oo < 0,5. La relación de parámetros del factor de fricción, ^Vfie=3ooo , es / l ^ / , 30/1,3
H A » , donde
fi es el factor de fricción para las aletas de la sección de aletas de primer tipo 1 evaluado en un número de Reynolds de 3000,
f3 es el factor de fricción para las aletas de la sección de aletas de tercer tipo 3 evaluado en un número de Reynolds de 3000,
Dh,i es el diámetro hidráulico para la sección de aletas de primer tipo 1,
Dh,3 es el diámetro hidráulico para la sección de aletas de tercer tipo 3,
Af,i es el área de flujo libre por unidad de anchura por paso para la sección de aletas de primer tipo 1, y Af,3 es el área de flujo libre por unidad de anchura por paso para la sección de aletas de tercer tipo 3, donde se usan unidades consistentes para Dh,i, Dh,3, A , iy Af,3.
Se utilizan unidades consistentes para cada uno de los parámetros, por lo que la relación de parámetros del factor de fricción es adimensional. Si Dh,i tiene unidades de m, entonces Dh,3 tiene unidades de m. Si A,i tiene unidades de m2/m, entonces A,3 tiene unidades de m2/m.
La conveniencia de usar una sección de aletas de tercer tipo tal como la descrita puede entenderse a partir de la siguiente discusión.
La trayectoria de flujo en la sección de aletas de primer tipo es más larga que la trayectoria de flujo en la sección de aletas de tercer tipo de. La resistencia al flujo en la sección de aletas de primer tipo es más significativa que la resistencia al flujo en la sección de aletas de tercer tipo. Por lo tanto, se deben usar aletas de menor resistencia en la sección de aletas de primer tipo que en la sección de aletas de tercer tipo. Puede utilizarse la relación de ^ 1 fiC -3000
P
parámetros del factor de fricción, r 3.Rc-3000 , como criterio para seleccionar las aletas en la sección de aletas de primer tipo y en la sección de aletas de tercer tipo. Cuando la relación de parámetros del factor de fricción, ^1,Rc=3000
^3.^=3000, es igual a 1, las características de las aletas en la sección de aletas de primer tipo son ¡guales a las características de las aletas en la sección de aletas de tercer tipo. Cuando la relación de parámetros del factor de F l , R c = 3000
fricción, ^3,^6=3000, es menor que 1, las características de las aletas en la sección de aletas de primer tipo proporcionan una menor resistencia al flujo que las características de las aletas en la sección de aletas de tercer tipo.
Tal como se muestra en las FIGS. 9 y 10, la región de trayectoria de flujo corta 25 de cada paso del primer grupo de pasos 24 puede contener al menos una parte de una sección de aletas de cuarto tipo 4. Cada sección de aletas de cuarto tipo 4 comprende una pluralidad de aletas que definen una pluralidad de canales en cada respectiva sección de aletas de cuarto tipo 4. Cada sección de aletas de cuarto tipo 4 de cada paso del primer grupo de pasos 24 está en contacto con la cara 11 de la sección de núcleo principal 10 del intercambiador de calor a lo largo de un borde 14 de cada sección de aletas de cuarto tipo 4. Cada sección de aletas de cuarto tipo 4 de cada paso del primer grupo de pasos 24 se extiende desde el borde 14 hasta la unión 9 y hace contacto en la unión 9 con al menos una parte de una sección de aletas que se extiende desde la unión 9 hacia la cara 31 de la sección distribuidora 20. Cada sección de aletas de cuarto tipo 4 de cada paso del primer grupo de pasos 24 puede hacer contacto en la unión 9 con al menos una parte de al menos una sección de aletas de un tipo diferente al cuarto tipo, tal como, por ejemplo, una parte de la sección de aletas de primer tipo 1 y la totalidad de la sección de aletas de tercer tipo 3 en las FIGS. 9 y 10.
En el caso de que la región de trayectoria de flujo corta 25 de cada paso del primer grupo de pasos 24 contenga una parte o la totalidad de una sección de aletas de cuarto tipo 4, la respectiva sección de aletas de cuarto tipo 4 se puede extender a través de al menos el 20 %, o al menos el 40 % del volumen de la región de trayectoria de flujo corta 25 del respectivo paso 24. La FIG. 9 muestra la sección de aletas de cuarto tipo 4 extendiéndose a través de aproximadamente el 26 % del volumen de la región de trayectoria de flujo corta 25. La FIG. 10 muestra la sección de aletas de cuarto tipo 4 extendiéndose a través del 50 % del volumen de la región de trayectoria de flujo corta 25. Dado que los términos "primero", "segundo", "tercero", "cuarto", etc., se utilizan para distinguir entre una pluralidad de características, y no son indicativos del número total de características, una sección de aletas de cuarto tipo puede estar presente con o sin la sección de aletas de tercer tipo descrita anteriormente.
La sección de aletas de cuarto tipo 4 de cada paso del primer grupo de pasos 24 y la respectiva sección de aletas del respectivo paso de transferencia de calor del primer grupo de pasos de transferencia de calor 54, que está en comunicación de fluidos con el respectivo paso del primer grupo de pasos 24, son piezas de sección de aletas independientes. Por lo tanto, existe una solución de continuidad entre la sección de aletas de cuarto tipo 4 de cada paso del primer grupo de pasos 24 y la respectiva sección de aletas del respectivo paso de trasferencia de calor del primer grupo de pasos de transferencia de calor 54, que está en comunicación de fluidos con el respectivo paso del primer grupo de pasos 24. Puede existir un huelgo de 0,5 mm a 5 mm entre la sección de aletas de cuarto tipo 4 y la respectiva sección de aletas de la sección de núcleo principal 10 del intercambiador de calor. Una de las ventajas de tener piezas independientes de secciones de aletas en la cara 11 entre la sección de núcleo principal 10 del intercambiador de calor y la sección distribuidora 20 es la facilidad de fabricación. La ventaja del huelgo es limitar la restricción de flujo en la unión debida a que las secciones transversales de las aletas se solapen con el área abierta de los canales.
Una o más características de la sección de aletas de cuarto tipo 4 de cada paso del primer grupo de pasos 24 pueden ser diferentes de las correspondientes características de la sección de aletas limítrofe del paso de transferencia de calor del núcleo principal del intercambiador de calor. La una o más características de la sección de aletas se pueden seleccionar del grupo que consta de estilo de aleta, área de flujo libre, densidad de aletas, espesor de aleta y diámetro hidráulico. Se puede mejorar la eficiencia general del intercambiador de calor de placas y aletas utilizando características de las aletas para la sección distribuidora que sean diferentes de las características de las aletas del núcleo principal del intercambiador de calor.
Cuando se incluye una sección de aletas de cuarto tipo 4 en cada paso del primer grupo de pasos 24, las características preferidas de cada sección de aletas de cuarto tipo 4, con relación a las características de cada sección de aletas de segundo tipo 2 en cada paso, pueden expresarse en términos de una relación de parámetros
de factor
Figure imgf000012_0002
donde
Figure imgf000012_0001
0,5.
/ 4 ,ftl? =300P >< *»■< A f '
La relación de parámetros del factor/ h.Rv-3ooo t es hAs,xA[.i i donde
j '2 es el factor j para las aletas de la sección de aletas de segundo tipo 2 evaluado en un número de Reynolds de 3000,
j4 es el factor j para las aletas de la sección de aletas de cuarto tipo 4 evaluado en un número de Reynolds de 3000,
A,2 es el área de flujo libre por unidad de anchura por paso para la sección de aletas de segundo tipo 2, y Af,4 es el área de flujo libre por unidad de anchura por paso para la sección de aletas de cuarto tipo 4,
As,2 es el área de transferencia de calor por unidad de anchura por unidad de longitud por paso para la sección de aletas de segundo tipo 2,
As,4 es el área de transferencia de calor por unidad de anchura por unidad de longitud por paso para la sección de aletas de cuarto tipo 4,
donde se utilizan unidades consistentes para cada uno de Af¿, A4 As,2y As¡4.
Se utilizan unidades consistentes para cada uno de los parámetros, por lo que la relación de parámetros del factor j es adimensional. Si Af,2 tiene unidades de m2/m, entonces Af,4 tiene unidades de m2/m. Si As, 2 tiene unidades de m2/m/m, entonces As,4tiene unidades de m2/m/m.
La conveniencia de usar una sección de aletas de cuarto tipo tal como se ha descrito puede entenderse a partir de la siguiente discusión.
La segunda corriente (fría) entra en el intercambiador de calor por el cabezal 70 y sale del intercambiador de calor por el cabezal 40. En la sección distribuidora 20, la segunda corriente (fría) intercambia calor con la primera corriente (caliente). Sin embargo, la temperatura de la primera corriente (caliente) en la sección de aletas de cuarto tipo es más alta que la temperatura de la primera corriente (caliente) en la sección de aletas de segundo tipo. Por lo tanto, la fuerza motriz para intercambiar calor entre la primera corriente (caliente) y la segunda corriente (fría) en la sección de aletas de cuarto tipo es mayor que la fuerza motriz para intercambiar calor entre la primera corriente (caliente) y la segunda corriente (fría) en la sección de aletas de segundo tipo. Tales fuerzas motrices desiguales dan como resultado unas temperaturas y densidades de fluido desiguales en los canales de aletas de la segunda corriente (fría) y conducen a una mala distribución del flujo. Para reducir esta mala distribución del flujo debida a unas fuerzas motrices desiguales se puede utilizar un hA más bajo en la sección de aletas de cuarto tipo. Se puede utilizar la J*.Re= 3000
relación de parámetros del factor j, ^2,/te=3000 ^ como criterio para seleccionar las aletas en la sección de segundo ■ / » ,R g = 3 OOP
tipo y la sección de cuarto tipo. Cuando la relación de parámetros del factor j, J'2<Re='ioao es ¡gual a 1, las características de las aletas en la sección de aletas de segundo tipo son iguales a las características de las aletas en /4,Re=3000
la sección de aletas de cuarto tipo. Cuando la relación de parámetros del factor j, J2 jle= 3O00 es menor que 1, las aletas de la sección de aletas de cuarto tipo tienen un hA menor que las aletas de la sección de aletas de segundo tipo.
El intercambiador de calor de placas y aletas también comprende un segundo cabezal 40 que está en contacto y en comunicación de fluidos con el segundo grupo de pasos 26 de la sección distribuidora 20.
En el diseño mostrado en la FIG. 11, el segundo grupo de pasos 26 de la sección distribuidora 20 hace contacto a lo largo de la cara 41 del segundo cabezal 40. Cada paso del segundo grupo de pasos 26 hace contacto con la sección de núcleo principal 10 del intercambiador de calor a lo largo de la cara 11 de la sección de núcleo principal 10 del intercambiador de calor. Cada paso del segundo grupo de pasos 26 está cerrado en los lados por un respectivo segmento de barra de cierre 38 en el lado adyacente al primer cabezal 30 y por un respectivo segmento de barra de cierre 36 en el lado opuesto al primer cabezal 30.
Se ha determinado que el diseño específico de las secciones de aletas en los pasos del segundo grupo de pasos 26 de la sección distribuidora 20 es menos importante que el diseño de las secciones de aletas en los pasos del primer grupo de pasos 24.
Tal como se muestra en la FIG. 11, la dirección longitudinal de las secciones de aletas del segundo grupo de pasos 26 puede estar orientada sustancialmente paralela a los respectivos segmentos de barra de cierre 36 y tener la misma dirección longitudinal que las secciones de aletas de los correspondientes pasos de transferencia de calor 56 (FIG. 5) de la sección de núcleo principal 10 del intercambiador de calor.
Las aletas del segundo grupo de pasos 26 de la sección distribuidora 20 pueden ser el mismo tipo de aletas, con las mismas características, que las aletas de los correspondientes pasos de transferencia de calor del núcleo principal 10 del intercambiador de calor. Alternativamente, las aletas del segundo grupo de pasos 26 de la sección distribuidora 20 pueden tener diferentes características que las aletas de los pasos de transferencia de calor del núcleo principal 10 del intercambiador de calor.
En un diseño alternativo para el segundo grupo de pasos 26 de la sección distribuidora 20, se puede usar un cabezal lateral 40b, tal como se muestra en la FIG. 12, que requiere un diseño a inglete.
En un diseño de intercambiador de calor de placas y aletas con el cabezal lateral 40b, las secciones de aletas 42 y 43 de los pasos del segundo grupo de pasos 26 pueden tener el mismo tipo de aletas, con las mismas características, por lo que la relación de parámetros del factor de fricción es igual a 1 y la relación de parámetros del factor j es igual a 1. En el caso de que las secciones de aletas 42 y 43 del segundo grupo de pasos 26 tengan diferentes características de aletas, puede ser deseable implementar, para las respectivas relaciones de parámetros del factor de fricción y relaciones de parámetros del factor j, criterios similares a los utilizados para la sección de aletas de primer tipo y la sección de aletas de segundo tipo del primer grupo de pasos 24. La descripción proporcionada para la sección de aletas de primer tipo y la sección de aletas de segundo tipo es aplicable mutatis mutandis a la sección de aletas 43 y la sección de aletas 42, respectivamente.
El intercambiador de calor de placas y aletas comprende una sección distribuidora 50 que está en contacto con la sección de núcleo principal 10 del intercambiador de calor a lo largo de una cara 51 de la sección de núcleo principal 10 del intercambiador de calor. Con referencia a las FIGS. 13-15, que muestran varias vistas de la sección distribuidora 50, la sección distribuidora 50 comprende una pluralidad de segmentos de chapa de división 72. La pluralidad de segmentos de chapa de división 72 están dispuestos con una relación fija, sustancialmente paralela, espaciados entre sí. La pluralidad de segmentos de chapa de división 72 define un primer grupo de pasos 74 de la sección distribuidora 50 y un segundo grupo de pasos 76 de la sección distribuidora 50. Cada paso 74 del primer grupo de pasos 74 puede ser adyacente al menos a un paso del segundo grupo de pasos 76.
Cada paso del primer grupo de pasos 74 de la sección distribuidora 50 está en comunicación de fluidos con un respectivo paso de transferencia de calor del primer grupo de pasos de transferencia de calor del núcleo principal 10 del intercambiador de calor. Cada paso del segundo grupo de los pasos 76 de la sección distribuidora 50 está en comunicación de fluidos con un respectivo paso de transferencia de calor del segundo grupo de pasos de transferencia de calor del núcleo principal 10 del intercambiador de calor.
Haciendo referencia a las FIGS. 13-15, el intercambiador de calor de placas y aletas comprende un cabezal 60 que hace contacto y está en comunicación de fluidos con el primer grupo de pasos 74 de la sección distribuidora 50 a lo largo de una cara 81 del cabezal 60. Cada paso del primer grupo de pasos 74 está cerrado en un lado opuesto al cabezal 60 por un respectivo segmento de barra de cierre 82.
El primer grupo de pasos 74 de la sección distribuidora 50 está en contacto con la sección de núcleo principal 10 del intercambiador de calor a lo largo de una cara 51 de la sección de núcleo principal 10 del intercambiador de calor. Cada paso del primer grupo de pasos 74 está cerrado en un lado opuesto a la sección de núcleo principal 10 del intercambiador de calor por una respectiva barra de cierre 62.
El segundo grupo de pasos 76 de la sección distribuidora 50 hace contacto a lo largo de la cara 61 del cabezal 70. Cada paso del segundo grupo de pasos 76 de la sección distribuidora 50 está en contacto con la sección de núcleo principal 10 del intercambiador de calor a lo largo de la cara 51 de la sección de núcleo principal 10 del intercambiador de calor. Cada paso del segundo grupo de pasos 76 está cerrado en los lados por un respectivo segmento de barra de cierre en el lado adyacente al cabezal 60 y un respectivo segmento de barra de cierre 86 en el lado opuesto al cabezal 60.
La sección distribuidora 50 puede estar construida con secciones de aletas de acuerdo con los métodos de diseño convencionales conocidos o de acuerdo con el método de diseño descrito en el presente documento para la sección distribuidora 20.
Ejemplos
Se desarrolló un modelo numérico bidimensional para calcular la transferencia de calor acoplada y la distribución de flujo de fluido en un intercambiador de calor de doble paso con distribuidores. La temperatura de salida de las dos corrientes se resuelve con una temperatura de entrada prescrita para cada una de las dos corrientes. El intercambiador de calor y los distribuidores están discretizados en una malla que comprende varias celdas tal como se muestra esquemáticamente en las FIGS. 16 y 17. El número de celdas se elige de manera que un aumento adicional del número de celdas no produzca cambios significativos en la solución resultante. La FIG. 16 muestra la trayectoria de flujo de fluido prescrita para la primera corriente (caliente). La FIG. 17 muestra la trayectoria de flujo de fluido prescrita para la segunda corriente (fría). Normalmente, una celda dentro de la malla puede contener más de un canal de aletas.
Se calcula un balance de calor para cada celda a partir de:
y
Figure imgf000015_0001
Se calcula la caída de presión en cada celda. La caída de presión incluye la caída de presión en las uniones de aletas y la caída de presión en los canales de aletas. La caída de presión en la unión de aletas de la trayectoria de flujo i viene dada por:
Figure imgf000015_0002
donde Vi es la velocidad aguas arriba de la unión de aletas q de la trayectoria i, pq es la correspondiente densidad de fluido en la celda corriente arriba de la unión de aletas, q, y Aq es la correspondiente área de flujo libre en la celda corriente arriba de la unión de aletas, q.
La caída de presión a través de una sección de aletas a lo largo de la trayectoria de flujo i en la celda j viene dada por:
Figure imgf000015_0003
donde L jes la longitud de la trayectoria de flujo a lo largo de la trayectoria de flujo i en la celda j.
La caída de presión total a lo largo de la trayectoria de flujo i viene dada por:
Figure imgf000015_0004
donde N1 es el número total de uniones de aletas y N2 es el número total de celdas en una trayectoria de flujo.
En régimen estacionario, la caída de presión a lo largo de cada trayectoria de flujo es la misma. En otras palabras, APi es una constante. Entonces, el flujo másico Mi en trayectoria de flujo i es proporcional a
Figure imgf000015_0005
Por lo tanto,
Figure imgf000016_0001
donde N3 es el número de trayectorias de flujo utilizadas en el modelo.
El caudal másico total de cada corriente, y la temperatura y presión a la entrada al distribuidor son valores especificados que se introducen en el modelo. Las propiedades físicas del fluido en cada celda son función de la temperatura y presión calculadas en cada celda. Se calcula una solución de forma iterativa, resolviendo la temperatura de la primera corriente (caliente) y la segunda corriente (fría) a la salida del distribuidor opuesto para cada corriente respectiva. El caudal másico de cada trayectoria de flujo, la temperatura y la presión de cada celda se actualizan a cada iteración según las ecuaciones descritas anteriormente.
En la Tabla 1 se resumen tres casos que demuestran el efecto del presente diseño de intercambiador de calor de placas y aletas. Tbi es la temperatura global de salida de la primera corriente y Tb2 es la temperatura global de salida de la segunda corriente. Lhx es la longitud del intercambiador de calor requerida para proporcionar la temperatura global de salida de la primera corriente y la temperatura global de salida de la segunda corriente.
El caudal másico total de la primera corriente (caliente) y el caudal másico total de la segunda corriente (fría) se fijan ambos en 0,3 kg/s. La temperatura de la primera corriente (caliente) que entra en el cabezal 30 se fija en 24,14 °C. La temperatura de la segunda corriente (fría) que entra en el cabezal 70 es -179,11 °C. La presión de la primera corriente (caliente) que entra en el cabezal 30 es 5,3 bares y la presión de la segunda corriente (fría) que entra en el cabezal 70 es 5,01 bares. Para obtener estos resultados del modelo se utilizan las propiedades físicas del aire en la primera corriente (caliente) y las propiedades físicas del nitrógeno en la segunda corriente (fría).
En el caso 1, las características de las aletas en la sección de aletas de primer tipo son las mismas que las características de las aletas en la sección de aletas de segundo tipo, representativas de los diseños de la técnica ^i,fte=3QOO
Figure imgf000016_0002
anterior. En este caso, la relación de parámetros del factor de fricción F2,Re=300(¡ 1 y la relación de Ji,Re=3000 _ ^
parámetros del factor j, J2,Re=3000 . La longitud del intercambiador de calor se fija en 3,3 m. La temperatura global resultante para la primera corriente (caliente) descargada al cabezal 60 es -174,59 °C. La temperatura global resultante para la segunda corriente (fría) descargada al cabezal 40 es 20,62 °C. La temperatura global se calcula de la forma normal utilizando el caudal másico para proporcionar el valor global promedio de la masa.
En el caso 2, las características de las aletas en la sección de aletas de primer tipo son las mismas que en el caso 1 y las características de las aletas en la sección de aletas de segundo tipo se cambian para proporcionar una relación Fi,Re=3QOO Ji,R e— 3QQQ de parámetros del factor de fricción, F 2,Re-3O0O _ q ^ y una re|ac¡ón de parámetros de factor j, i J'¿,Re= 3ooo = 0,5. Todas las demás condiciones se mantienen igual que en el caso 1. La longitud del intercambiador de calor se ajusta hasta obtener la misma temperatura global en la primera corriente (caliente) descargada al cabezal 60 y obtener la misma temperatura global en la segunda corriente (fría) descargada al cabezal 40. Los resultados del modelo muestran que la longitud del intercambiador de calor necesaria para obtener las mismas temperaturas globales de salida en las corrientes primera y segunda es de 3,25 m, que es menor que la longitud del intercambiador de calor en el caso 1. Esto significa que el diseño del intercambiador de calor en el caso 2 proporciona una mayor eficiencia de transferencia de calor que el diseño del intercambiador de calor en el caso 1. En el caso 3, las características de las aletas en la sección de aletas de primer tipo son las mismas que en el caso 1 y las características de las aletas en la sección de aletas de segundo tipo se cambian para proporcionar una relación Fi,Re=3Qoo JiJte=3Qoo de parámetros de factor de fricción, F2,Re=30oo = 0,03, y una relación de parámetros de factor j, J2,Re=3000 = 0,08. Todas las demás condiciones se mantienen igual que en el caso 1. La longitud del intercambiador de calor se ajusta hasta obtener la misma temperatura global en la primera corriente (caliente) descargada al cabezal 60 y obtener la misma temperatura global en la segunda corriente (fría) descargada al cabezal 40. Los resultados del modelo muestran que la longitud del intercambiador de calor necesaria para obtener las mismas temperaturas globales de salida en las corrientes primera y segunda es de 3,15 m, que es menor que la longitud del intercambiador de calor en el caso 1. Esto significa que el diseño del intercambiador de calor en el caso 3 proporciona una mayor eficiencia de transferencia de calor que el diseño del intercambiador de calor en el caso 1. En el caso 4, las características de las aletas en la sección de aletas de primer tipo y la sección de aletas de segundo tipo son las mismas que en el caso 3. Se añade una sección de aletas de tercer tipo tal como se muestra en la FIG. 7. Las características de las aletas en la sección de aletas de tercer tipo se seleccionan para proporcionar
una relación de parámetros de factor de fricción, F ^,Wt'=^ooo = o , 23. Todas las demás condiciones se mantienen igual que en el caso 3. La sección de aletas de tercer tipo se extiende sobre una longitud del 20 % de Lh desde la cara 11 de la sección de núcleo 10 del intercambiador de calor hacia la barra de cierre 12. La longitud del intercambiador de calor, Lhx, se ajusta hasta obtener la misma temperatura global en la primera corriente (caliente) descargada al cabezal 60 y obtener la misma temperatura global en la segunda corriente (fría) descargada al cabezal 40. Los resultados del modelo muestran que la longitud del intercambiador el calor requerida para obtener las mismas temperaturas globales de salida en las corrientes primera y segunda es de 3,13 m, que es menor que la longitud del intercambiador de calor en cada uno de los casos 1, 2 y 3. Esto significa que el diseño del intercambiador de calor en el caso 4 proporciona una mayor eficiencia de transferencia de calor que los diseños de intercambiador de calor en cada uno de los casos 1, 2 y 3.
Tabla 1
CaS0 F l.Re=3000 Jí.R e=3000 F l.Re=3000 Tbi (°C) Tb2(°C) LHx(m) F 2,Re-3000 /2,Re=3000 F 3,Re=3000
1 1 1 - -174,59 20,62 3,3
2 0,3 0,5 - -174,59 20,62 3,25
3 0,03 0,08 - -174,58 20,62 3,15
4 0,03 0,08 0,28 -174,58 20,62 3,13

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un intercambiador de calor de placas y aletas que comprende:
una sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor que comprende un primer grupo de pasos de transferencia de calor (54) y un segundo grupo de pasos de transferencia de calor (56), conteniendo cada paso de transferencia de calor del primer grupo de pasos de transferencia de calor (54) una respectiva sección de aletas, y conteniendo cada paso de transferencia de calor del segundo grupo de pasos de transferencia de calor (56) una respectiva sección de aletas;
una sección distribuidora (20) que está en contacto con la sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor a lo largo de una cara (11) de la sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor, comprendiendo la sección distribuidora (20)
una pluralidad de segmentos de chapa de división (22), estando la pluralidad de segmentos de chapa de división (22) dispuestos en relación fija y espaciada, donde la pluralidad de segmentos de chapa de división (22) define un primer grupo de pasos (24) y un segundo grupo de pasos (26);
un primer cabezal (30) que está en contacto y en comunicación de fluidos con el primer grupo de pasos (24) a lo largo de una cara (31) del primer cabezal (30), donde cada paso del primer grupo de pasos (24) está cerrado en un lado opuesto al primer cabezal (30) por un respectivo segmento de barra de cierre (32);
un segundo cabezal (40) que está en contacto y en comunicación de fluidos con el segundo grupo de pasos (26) de la sección distribuidora (20);
donde el primer grupo de pasos (24) está en contacto con la sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor a lo largo de la cara (11) de la sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor, donde cada paso del primer grupo de pasos (24) está en comunicación de fluidos con un respectivo paso de transferencia de calor del primer grupo de pasos de transferencia de calor (54) de la sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor, y donde cada paso del primer grupo de pasos (24) está cerrado en un lado opuesto a la sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor por una respectiva barra de cierre (12);
donde cada paso del primer grupo de pasos (24) tiene una región de trayectoria de flujo larga (15), entre los segmentos de chapa de división de cada paso del primer grupo de pasos (24), definida por la unión de un primer cuboide y un segundo cuboide, extendiéndose el primer cuboide perpendicular a la respectiva barra de cierre (12) desde la superficie, orientada hacia el lado de las aletas, de la barra de cierre respectiva (12) hasta una posición situada al 50 % de la distancia, a lo largo de la cara (31) del primer cabezal (30), desde la respectiva barra de cierre (12) hacia la cara (11) de la sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor, y extendiéndose el segundo cuboide perpendicular al respectivo segmento de barra de cierre (32) hasta una posición situada al 50 % de la distancia, a lo largo de la cara (11) de la sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor, desde el respectivo segmento de barra de cierre (32) hacia la cara (31) del primer cabezal (30);
donde cada paso del primer grupo de pasos (24) tiene una región de trayectoria de flujo corta (25), entre los segmentos de chapa de división de cada paso del primer grupo de pasos (24), limitada por la región de trayectoria de flujo larga (15), una parte de la cara (31) del primer cabezal (30) y una parte de la cara (11) de la sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor;
donde la región de trayectoria de flujo larga de cada paso del primer grupo de pasos (24) contiene al menos una parte de dos o más secciones de aletas, extendidas a lo largo de la región de trayectoria de flujo larga, que incluye una sección de aletas de primer tipo (1) y una sección de aletas de segundo tipo (2), estando al menos una parte de la sección de aletas de primer tipo (1) y al menos una parte de la sección de aletas de segundo tipo (2) en contacto en una unión (9), comprendiendo la sección de aletas de primer tipo (1) una pluralidad de aletas que definen una pluralidad de canales en la sección de aletas de primer tipo (1), y comprendiendo la sección de aletas de segundo tipo (2) una pluralidad de aletas que definen una pluralidad de canales en la sección de aletas de segundo tipo (2);
donde la sección de aletas de primer tipo (1) de cada paso del primer grupo de pasos (24) está en contacto con la cara (31) del primer cabezal (30) a lo largo de un borde (33) de cada respectiva sección de aletas de primer tipo (1);
donde la sección de aletas de segundo tipo (2) de cada paso del primer grupo de pasos (24) está en contacto con la cara (11) de la sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor a lo largo de un borde (13) de cada respectiva sección de aletas de segundo tipo (2), donde existe una solución de continuidad entre la sección de aletas de segundo tipo (2) de cada paso del primer grupo de pasos (24) y la respectiva sección de aletas del respectivo paso de transferencia de calor del primer grupo de pasos de transferencia de calor (54) en comunicación fluida con el respectivo paso del primer grupo de pasos (24); caracterizado por que la sección de aletas de primer tipo (1) y la sección de aletas de segundo tipo (2) de cada paso del primer grupo de pasos (24)
F1.Re=30Q0 F 1,Re=3QOO
tienen una respectiva relación de parámetros de factor de fricción, F2.Re^ 3000 donde 0< F2,R6=30OO < 0,8, donde
- = -- 1-,-R-e -- =-3 -- Q -- M -— = f1A Hf.2Dh,2 ,
F2,Reboco f2Af^ DtI.r
donde la sección de aletas de primer tipo (1) y la sección de aletas de segundo tipo (2) de cada paso del primer ^1. Re-3000 Jt.Re-3000
grupo de pasos (24) tienen una respectiva relación de parámetros de factor j, J2,He-3ooo i donde 0 < 'l2 Rt}=300C < 0,8, donde
^1. Re=3000 _ JlAs 1A!,2
J2, Re=3000 l 2As.2Af, 1
donde
fi es el respectivo factor de fricción para las aletas de la sección de aletas de primer tipo (1) de cada paso del primer grupo de pasos (24) evaluado en un número de Reynolds de 3000,
f2 es el respectivo factor de fricción para las aletas de la sección de aletas de segundo tipo (2) de cada paso del primer grupo de pasos (24) evaluado en un número de Reynolds de 3000,
j i es el respectivo factor j para las aletas de la sección de aletas de primer tipo (1) de cada paso del primer grupo de pasos (24) evaluado en un número de Reynolds de 3000,
j2 es el f respectivo actor j para las aletas de la sección de aletas de segundo tipo (2) de cada paso del primer grupo de pasos (24) evaluado en un número de Reynolds de 3000,
Dh,i es el respectivo diámetro hidráulico para la sección de aletas de primer tipo (1) de cada paso del primer grupo de pasos (24),
Dh,2 es el respectivo diámetro hidráulico para la sección de aletas de segundo tipo (2) de cada paso del primer grupo de pasos (24),
Af,i es la respectiva área de flujo libre por unidad de anchura por paso para la sección de aletas de primer tipo (1) de cada paso del primer grupo de pasos (24),
Af,2 es la respectiva área de flujo libre por unidad de anchura por paso para la sección de aletas de segundo tipo (2) de cada paso del primer grupo de pasos (24).
As,i es la respectiva área de transferencia de calor por unidad de anchura por unidad de longitud por paso para la sección de aletas de primer tipo (1) de cada paso del primer grupo de pasos (24),
As,2 es la respectiva área de transferencia de calor por unidad de anchura por unidad de longitud por paso para la sección de aletas de segundo tipo (2) de cada paso del primer grupo de pasos (24),
donde se utilizan unidades consistentes para cada uno de Dh,i, Dh,z A,i, A, 2, As,iy A s¡{,
donde la región de trayectoria de flujo corta (25) de cada paso del primer grupo de pasos (24) contiene dos o más respectivas secciones de aletas que incluyen una respectiva sección de aletas de tercer tipo (3) que comprende una pluralidad de aletas que definen una pluralidad de canales en la respectiva sección de aletas de tercer tipo (3), donde la respectiva sección de aletas de tercer tipo (3) de cada paso del primer grupo de pasos (24) está en contacto con la cara (31) del primer cabezal (30) a lo largo de un borde (34) de cada respectiva sección de aletas de tercer tipo (3); y
donde la sección de aletas de primer tipo (1) y la sección de aletas de tercer tipo (3) de cada paso del primer F1 R(?=3000
grupo de pasos (24) tienen una respectiva relación de parámetros de factor de fricción, F 3 p Pp=3000 , donde F1 Rc=300Q
0 < F3.Re=3000 < ^ donde
2
Fl,Re-3QQQ M p ü f ta
- ------------- — ”—r ------ F3. Re-3000 h Ali^>hA
donde
f3 es el respectivo factor de fricción para las aletas de la sección de aletas de tercer tipo (3) de cada paso del primer grupo de pasos (24) evaluado en un número de Reynolds de 3000,
Dh,3 es el respectivo diámetro hidráulico para la sección de aletas de tercer tipo (3) de cada paso del primer grupo de pasos (24)
Af,3 es la respectiva área de flujo libre por unidad de anchura por paso para la sección de aletas de tercer tipo (3) de cada paso del primer grupo de pasos (24)
donde se usan unidades consistentes para Dh,i, Dh,3, A , iy Af,3.
2. Un intercambiador de calor de placas y aletas que comprende:
una sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor que comprende un primer grupo de pasos de transferencia de calor (54) y un segundo grupo de pasos de transferencia de calor (56), conteniendo cada paso de transferencia de calor del primer grupo de pasos de transferencia de calor (54) una respectiva sección de aletas, y conteniendo cada paso de transferencia de calor del segundo grupo de pasos de transferencia de calor (56) una respectiva sección de aletas;
una sección distribuidora (20) que está en contacto con la sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor a lo largo de una cara (11) de la sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor, comprendiendo la sección distribuidora (20)
una pluralidad de segmentos de chapa de división (22), estando la pluralidad de segmentos de chapa de división (22) dispuestos en relación fija y espaciada, donde la pluralidad de segmentos de chapa de división (22) define un primer grupo de pasos (24) y un segundo grupo de pasos (26);
un primer cabezal (30) que está en contacto y en comunicación de fluidos con el primer grupo de pasos (24) a lo largo de una cara (31) del primer cabezal (30), donde cada paso del primer grupo de pasos (24) está cerrado en un lado opuesto al primer cabezal (30) por un respectivo segmento de barra de cierre (32);
un segundo cabezal (40) que está en contacto y en comunicación de fluidos con el segundo grupo de pasos (26) de la sección distribuidora (20);
donde el primer grupo de pasos (24) está en contacto con la sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor a lo largo de la cara (11) de la sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor, donde cada paso del primer grupo de pasos (24) está en comunicación de fluidos con un respectivo paso de transferencia de calor del primer grupo de pasos de transferencia de calor (54) de la sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor, y donde cada paso del primer grupo de pasos (24) está cerrado en un lado opuesto a la sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor por una respectiva barra de cierre (12);
donde cada paso del primer grupo de pasos (24) tiene una región de trayectoria de flujo larga (15), entre los segmentos de chapa de división de cada paso del primer grupo de pasos (24), definida por la unión de un primer cuboide y un segundo cuboide, extendiéndose el primer cuboide perpendicular a la respectiva barra de cierre (12) desde la superficie, orientada hacia el lado de las aletas, de la barra de cierre respectiva (12) hasta una posición situada al 50 % de la distancia, a lo largo de la cara (31) del primer cabezal (30), desde la respectiva barra de cierre (12) hacia la cara (11) de la sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor, y extendiéndose el segundo cuboide perpendicular al respectivo segmento de barra de cierre (32) hasta una posición situada al 50 % de la distancia, a lo largo de la cara (11) de la sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor, desde el respectivo segmento de barra de cierre (32) hacia la cara (31) del primer cabezal (30);
donde cada paso del primer grupo de pasos (24) tiene una región de trayectoria de flujo corta (25), entre los segmentos de chapa de división de cada paso del primer grupo de pasos (24), limitada por la región de trayectoria de flujo larga (15), una parte de la cara (31) del primer cabezal (30) y una parte de la cara (11) de la sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor;
donde la región de trayectoria de flujo larga de cada paso del primer grupo de pasos (24) contiene al menos una parte de dos o más secciones de aletas, extendidas a lo largo de la región de trayectoria de flujo larga, que incluye una sección de aletas de primer tipo (1) y una sección de aletas de segundo tipo (2), estando al menos una parte de la sección de aletas de primer tipo (1) y al menos una parte de la sección de aletas de segundo tipo (2) en contacto en una unión (9), comprendiendo la sección de aletas de primer tipo (1) una pluralidad de aletas que definen una pluralidad de canales en la sección de aletas de primer tipo (1), y comprendiendo la sección de aletas de segundo tipo (2) una pluralidad de aletas que definen una pluralidad de canales en la sección de aletas de segundo tipo (2);
donde la sección de aletas de primer tipo (1) de cada paso del primer grupo de pasos (24) está en contacto con la cara (31) del primer cabezal (30) a lo largo de un borde (33) de cada respectiva sección de aletas de primer tipo (1);
donde la sección de aletas de segundo tipo (2) de cada paso del primer grupo de pasos (24) está en contacto con la cara (11) de la sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor a lo largo de un borde (13) de cada respectiva sección de aletas de segundo tipo (2), donde existe una solución de continuidad entre la sección de aletas de segundo tipo (2) de cada paso del primer grupo de pasos (24) y la respectiva sección de aletas del respectivo paso de transferencia de calor del primer grupo de pasos de transferencia de calor (54) en comunicación fluida con el respectivo paso del primer grupo de pasos (24); caracterizado por que la sección de aletas de primer tipo (1) y la sección de aletas de segundo tipo (2) de cada paso del primer grupo de pasos (24)
F 1,Re=300Q F 1,Re=30QO
tienen una respectiva relación de parámetros de factor de fricción, ^2,Re=3O0O donde 0< 2^,Re=30OO < 0,8, donde
2 -
- F-- 1-,-R--e-=-3--0-M-- — = f1Af Á ,2Dfi,2 t
F2,Re=30CO
donde la sección de aletas de primer tipo (1) y la sección de aletas de segundo tipo (2) de cada paso del primer '¡IRe-2000 ^1, Re-3000
grupo de pasos (24) tienen una respectiva relación de parámetros de factor j, ^2.Re =3000 donde 0 < J^*=30oo < 0,8, donde
Re=3000 _ JiAs, 1Af,2
J2fie=3CÜ0 J2As.2Af,1
donde
fi es el respectivo factor de fricción para las aletas de la sección de aletas de primer tipo (1) de cada paso del primer grupo de pasos (24) evaluado en un número de Reynolds de 3000,
f2 es el respectivo factor de fricción para las aletas de la sección de aletas de segundo tipo (2) de cada paso del primer grupo de pasos (24) evaluado en un número de Reynolds de 3000,
j i es el respectivo factor j para las aletas de la sección de aletas de primer tipo (1) de cada paso del primer grupo de pasos (24) evaluado en un número de Reynolds de 3000,
j2 es el f respectivo actor j para las aletas de la sección de aletas de segundo tipo (2) de cada paso del primer grupo de pasos (24) evaluado en un número de Reynolds de 3000,
Dh,i es el respectivo diámetro hidráulico para la sección de aletas de primer tipo (1) de cada paso del primer grupo de pasos (24),
Dh,2 es el respectivo diámetro hidráulico para la sección de aletas de segundo tipo (2) de cada paso del primer grupo de pasos (24),
Af,i es la respectiva área de flujo libre por unidad de anchura por paso para la sección de aletas de primer tipo (1) de cada paso del primer grupo de pasos (24),
Af,2 es la respectiva área de flujo libre por unidad de anchura por paso para la sección de aletas de segundo tipo (2) de cada paso del primer grupo de pasos (24).
As,i es la respectiva área de transferencia de calor por unidad de anchura por unidad de longitud por paso para la sección de aletas de primer tipo (1) de cada paso del primer grupo de pasos (24),
As,2 es la respectiva área de transferencia de calor por unidad de anchura por unidad de longitud por paso para la sección de aletas de segundo tipo (2) de cada paso del primer grupo de pasos (24),
donde se utilizan unidades consistentes para cada uno de Dh,i, Dh,2, A,i, A,2, As,i y As,i,
donde la región de trayectoria de flujo corta (25) de cada respectivo paso del primer grupo de pasos (24) contiene dos o más secciones de aletas que incluyen una respectiva sección de aletas de cuarto tipo (4) que comprende una pluralidad de aletas que definen una pluralidad de canales en la respectiva sección de aletas de cuarto tipo (4), donde la respectiva sección de aletas de cuarto tipo (4) de cada paso del primer grupo de pasos (24) está en contacto con la cara (11) de la sección principal (10) del intercambiador de calor a lo largo de un borde (14) de cada respectiva sección de aletas de cuarto tipo (4), donde existe una solución de continuidad entre la sección de aletas de cuarto tipo (4) de cada paso del primer grupo de pasos (24) y la respectiva sección de aletas del respectivo paso de transferencia de calor del primer grupo de pasos de transferencia de calor (54) en comunicación de fluidos con el respectivo paso del primer grupo de pasos (24); y
donde la sección de aletas de cuarto tipo (4) y la sección de aletas de segundo tipo (2) de cada paso del primer J-i Re=3QOO J4, Re-3000
grupo de pasos (24) tienen una respectiva relación de parámetros de factor j, '¡2-Rí'=30001 donde 0 < 2^,Re=3000 < -\t donde
■I4.Re =3000 _ Í 4 A s 4A f,2
h,Re=3000 ¡2A s 2 A f,4 , donde
j4 es el respectivo factor j para las aletas de la sección de aletas de cuarto tipo (4) evaluado en un número de Reynolds de 3000,
Af4 es la respectiva área de flujo libre por unidad de anchura por paso para la sección de aletas de cuarto tipo (4).
As,4 es la respectiva área de transferencia de calor por unidad de anchura por unidad de longitud por paso para la sección de aletas de cuarto tipo (4),
donde se utilizan unidades consistentes para cada uno de Af2, Af4, As,2y As,4.
3. El intercambiador de calor de placas y aletas de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, donde una o más características de la sección de aletas de segundo tipo (2) de cada paso del primer grupo de pasos (24) son diferentes de las correspondientes características de la respectiva sección de aletas de cada paso de transferencia de calor del primer grupo de pasos de transferencia de calor (54) para cada paso del primer grupo de pasos (24) en comunicación de fluidos con el respectivo paso de transferencia de calor del primer grupo de pasos de transferencia calor (54) de la sección de núcleo principal (10) del intercambiador de calor.
4. El intercambiador de calor de placas y aletas de acuerdo con la reivindicación 3, donde una o más características de la sección de aletas se seleccionan del grupo que consiste en estilo de aleta, área de flujo libre, densidad de aletas, espesor de aleta y diámetro hidráulico.
5. El intercambiador de calor de placas y aletas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde el intercambiador de calor de placas y aletas está configurado para dejar pasar una primera corriente a través del primer grupo de pasos de transferencia de calor (54) en relación de flujo a contracorriente con una segunda corriente que pasa a través del segundo grupo de pasos de transferencia de calor (56).
6. El intercambiador de calor de placas y aletas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde un segundo borde (7) de cada respectiva sección de aletas de primer tipo (1) es paralelo a la respectiva barra de cierre (12) de cada respectivo paso del primer grupo de pasos (24).
7. El intercambiador de calor de placas y aletas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde la sección de aletas de primer tipo (1) de cada paso del primer grupo de pasos (24) tiene una dirección longitudinal, donde la dirección longitudinal de cada respectiva sección de aletas de primer tipo (1) está alineada en paralelo con la respectiva barra de cierre (12) de cada respectivo paso del primer grupo de pasos (24).
8. El intercambiador de calor de placas y aletas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde un segundo borde (8) de cada respectiva sección de aletas de segundo tipo (2) de cada paso del primer grupo de pasos (24) está alineado en paralelo con la respectiva barra de cierre (32) de cada respectivo paso del primer grupo de pasos (24).
9. El intercambiador de calor de placas y aletas de acuerdo con una cualquiera de
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iones 1 a 8, donde la sección de aletas de segundo tipo (2) de cada paso del primer grupo de pasos (24) tiene una dirección longitudinal, donde la dirección longitudinal de cada respectiva sección de aletas de segundo tipo (2) está alineada en paralelo con el respectivo segmento de barra de cierre (32) de cada respectivo paso del primer grupo de pasos (24).
10. El intercambiador de calor de placas y aletas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, donde la región de trayectoria de flujo corta (25) de cada respectivo paso del primer grupo de pasos (24) contiene una parte de la respectiva sección de aletas de primer tipo (1).
11. El intercambiador de calor de placas y aletas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde la región de trayectoria de flujo corta (25) de cada respectivo paso del primer grupo de pasos (24) contiene una parte de la respectiva sección de aletas de segundo tipo (2).
12. El intercambiador de calor de placas y aletas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde cada sección de aletas de tercer tipo de cada paso del primer grupo de pasos se extiende a través de al menos el 20 % del volumen de la región de trayectoria de flujo corta del respectivo paso.
13. El intercambiador de calor de placas y aletas de acuerdo con la reivindicación 1 y la reivindicación 2 en combinación.
14. Un procedimiento para intercambiar calor entre una primera corriente y una segunda corriente, comprendiendo el procedimiento:
proporcionar el intercambiador de calor de placas y aletas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12;
hacer pasar la primera corriente a través del primer grupo de pasos de transferencia de calor (54) del intercambiador de calor de placas y aletas en relación de flujo a contracorriente con la segunda corriente que pasa a través del segundo grupo de pasos de transferencia de calor (56) del intercambiador de calor de placas y aletas.
15. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14, donde la primera corriente es un primer fluido que tiene una concentración de oxígeno que varía entre 20 % en volumen de oxígeno y 22 % en volumen de oxígeno y una concentración de nitrógeno que varía entre 78 % en volumen de nitrógeno y 80 % en volumen de nitrógeno, y donde la segunda corriente es una corriente de gas residual rico en nitrógeno procedente de una columna de destilación.
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