Intercambiadores de calor central eléctrica

Tipos de intercambiadores de calor en centrales eléctricas

Un intercambiador de calor es un dispositivo de ingeniería que transforma la energía térmica entre dos o más fluidos. Hay varios tipos de intercambiadores de calor industriales que se utilizan en las centrales eléctricas:

• Intercambiadores de calor tubulares: comúnmente utilizados como intercambiadores de calor de haz tubular. El intercambiador de calor consta de un haz tubular, una carcasa exterior, cajas de cabezal de entrada/salida y otros accesorios. El principio de funcionamiento del intercambiador de calor tubular es construir una ruta de transmisión térmica entre el fluido en el tubo y el fluido fuera del tubo a través de la pared del tubo. Esto permite la transferencia de calor (calentamiento o enfriamiento) entre dos fluidos diferentes. Los intercambiadores de calor tubulares tienen las siguientes ventajas. Son adecuados para procesar una gran cantidad de productos. Los intercambiadores de calor tubulares suelen tener una alta superficie de transferencia de calor, que puede manejar un gran volumen de fluidos. Los intercambiadores de calor tubulares también tienen una fuerte adaptabilidad. Al cambiar la cantidad y la disposición de los tubos, los intercambiadores de calor tubulares se pueden utilizar para flujo en contracorriente, concurrente o mixto.
• Intercambiadores de calor tubulares: es un dispositivo compacto de intercambio térmico. Comprende numerosos tubos de pequeño diámetro. Los haces tubulares se ensamblan en un bloque, que luego se encierra dentro de una carcasa. La transferencia de calor se produce desde el fluido que circula dentro de los tubos hasta el que está en el lado de la carcasa (o viceversa). La cantidad de calor transferido depende de la diferencia de temperatura entre los fluidos y el área de superficie de los tubos.
• Intercambiadores de calor de placas: constan de muchas placas con una superficie corrugada. Las placas se montan entre un marco superior y un marco inferior. El sello en las ranuras corrugadas, que luego se aplica con dos placas de sellado que sellan el exterior de la corrugación, crea canales a través de los cuales pasan los fluidos. Los fluidos luego transfieren calor a través de las placas. Los intercambiadores de calor de placas se distinguen de otros intercambiadores de calor por sus placas corrugadas.
• El intercambiador de calor de enfriador de aire: también conocido como intercambiador de calor de tubo aletado, consta de muchos tubos ensamblados en un haz, con aletas unidas a cada tubo. Al acoplar el aire ambiente fresco al fluido caliente que fluye dentro de los tubos, el calor se intercambia entre ellos. Los intercambiadores de calor de enfriador de aire son eficientes y ecológicos.
• El intercambiador de calor del evaporador: es el primer componente del ciclo de funcionamiento del refrigerador; se produce entre la atmósfera circundante y el refrigerante. El calor es absorbido del ambiente circundante por el refrigerante en el evaporador, cambiando el estado del refrigerante de líquido a gas. El proceso enfría el ambiente alrededor del evaporador.

Especificaciones y mantenimiento de los intercambiadores de calor de las centrales eléctricas

Especificaciones:

• Tamaño y área: Los intercambiadores de calor industriales son más grandes que los que se utilizan para fines normales. Por lo tanto, sus tamaños y áreas son más grandes que los pequeños.
• Materiales: Los materiales para los intercambiadores de calor industriales de las centrales eléctricas suelen ser aleaciones metálicas resistentes como acero al carbono, acero inoxidable, titanio, etc. Estos materiales son duraderos y pueden soportar altas presiones y temperaturas. Además, resisten bien la corrosión y permiten operaciones estables y seguras durante toda su vida útil.
• Patrón de flujo: Los patrones de flujo comunes de los intercambiadores de calor industriales de las centrales eléctricas son el flujo en contracorriente, el flujo concurrente, el flujo cruzado, etc. La elección del patrón de flujo depende de las funciones y las necesidades de eficiencia del intercambiador de calor.
• Eficiencia: La eficiencia térmica de los intercambiadores de calor industriales de las centrales eléctricas suele ser alta. Sus coeficientes de transferencia de calor también son muy altos. Por ejemplo, los intercambiadores de calor de carcasa y tubo tienen un coeficiente de transferencia de calor global de alrededor de 1000-5000 W/(m2·K) o incluso más alto. Eso demuestra que pueden utilizar recursos energéticos, reduciendo efectivamente los costos de producción para las empresas.

Mantenimiento:

• Limpieza: Limpie regularmente las superficies exteriores y los elementos conductores de calor del intercambiador de calor para evitar incrustaciones, depósitos y suciedad. Utilice agentes y equipos de limpieza adecuados.
• Inspección de fugas: Inspeccione periódicamente el intercambiador de calor en busca de fugas. Verifique los sellos, las juntas y las conexiones para asegurarse de que no haya fugas y realice reparaciones oportunas si se encuentra alguna.
• Operaciones: Siempre obedezca cuidadosamente las instrucciones de funcionamiento proporcionadas por los fabricantes durante el uso de los intercambiadores de calor. No sobrecargue y busque una mayor eficiencia a expensas de la seguridad del equipo.
• Lubricación: Si algunos componentes necesitan lubricación para funcionar de forma óptima y durante más tiempo, aplíqueles agentes lubricantes adecuados según los requisitos establecidos por los fabricantes.
• En resumen, mantener correctamente los intercambiadores de calor industriales en las centrales eléctricas es importante para que funcionen bien durante décadas y en condiciones difíciles. Solo de esta manera, estas piezas críticas de equipo pueden seguir permitiendo que las plantas produzcan energía de manera eficiente, económica y segura.

Escenarios de intercambiadores de calor en centrales eléctricas

El uso principal de los intercambiadores de calor en una central eléctrica es facilitar la transferencia de calor entre dos fluidos. Los diseños y usos de los intercambiadores varían según el tipo de central eléctrica en la que se encuentren.

• Sistemas de agua de refrigeración

  El agua dulce generalmente se calienta cuando pasa a través del condensador de una central eléctrica térmica. Se utiliza un intercambiador de calor para transferir el calor del condensador al agua de refrigeración. El agua de refrigeración luego fluye de regreso al río o lago. En este caso, el intercambiador de calor evita que el agua de refrigeración se caliente demasiado.

• Sobrecalentadores y economizadores

  En una central eléctrica de vapor, los intercambiadores de calor se utilizan para calentar el vapor que fluye hacia la turbina. Están ubicados en la caldera y se llaman sobrecalentadores. Los sobrecalentadores pueden aumentar la temperatura y la presión del vapor en unos cientos de grados. Un economizador es un tipo diferente de intercambiador de calor que se encuentra en una central eléctrica. Por lo general, se encuentra en la caldera como un sobrecalentador. Su trabajo es utilizar el calor de los gases de combustión para calentar el agua que entra a la caldera.

• Intercambiadores de calor aire-aire

  En algunos puntos de una central eléctrica, puede ser necesario separar los dos gases. Esto podría ser para evitar la contaminación o por razones de seguridad. Un ejemplo son los intercambiadores de calor entre los gases de combustión y el aire de combustión. En este caso, el calor se transfiere de los gases de combustión al aire de combustión. Los intercambiadores de calor se pueden utilizar para recuperar calor de los gases de combustión y utilizarlo para calentar el aire entrante utilizado para la combustión.

• Centrales eléctricas de turbina de gas

  En una central eléctrica de turbina de gas, los intercambiadores de calor se pueden utilizar en un ciclo combinado. En un ciclo combinado, la energía se genera primero utilizando una turbina de gas. Parte del calor generado en la turbina de gas se transfiere a un intercambiador de calor. El intercambiador de calor se utiliza luego para generar vapor para la generación de energía utilizando una turbina de vapor.

Cómo elegir intercambiadores de calor para centrales eléctricas

Los intercambiadores de calor juegan un papel crucial en la generación de energía. Los siguientes consejos pueden ayudar a los compradores a identificar los intercambiadores de calor adecuados para sus centrales eléctricas:

• Evaluar las propiedades de los medios

  Considere las propiedades de los fluidos calientes y fríos. Busque los rangos de presión y temperatura, los caudales y las propiedades químicas (corrosivas, tóxicas o peligrosas) de los fluidos. También considere si los fluidos son gases, líquidos o lodos. Luego, elija un diseño de intercambiador de calor que pueda manejar sus requisitos específicos.

• Considerar las limitaciones de espacio

  Determine las dimensiones físicas (largo, ancho y alto) del intercambiador de calor que cabrá en la central eléctrica. También considere la disposición de la planta. Luego, elija un diseño de intercambiador de calor compacto, como modelos de placas o de carcasa y tubo, si hay limitaciones de espacio.

• Evaluar los requisitos de mantenimiento

  Elija un intercambiador de calor que tenga bajos requisitos de mantenimiento si la ubicación de la central eléctrica dificulta la realización de un mantenimiento regular. Considere diseños confiables como las unidades de carcasa y tubo. Asegúrese de que el intercambiador de calor seleccionado también tenga componentes accesibles para un fácil servicio y verificación.

• Tener en cuenta las limitaciones presupuestarias

  Al decidir sobre un intercambiador de calor para una central eléctrica, el presupuesto es una consideración importante. Establezca un presupuesto para la adquisición e instalación del intercambiador de calor. Luego, priorice el gasto en unidades que mejorarán el rendimiento de la central eléctrica. Considere los costos a largo plazo (gastos de energía y mantenimiento) del intercambiador de calor y no solo el precio de compra inicial.

Preguntas y respuestas

P1. ¿Cuáles son las tendencias en el mercado de intercambiadores de calor?

A1. Según los informes de mercado, el tamaño del mercado global de intercambiadores de calor se valoró en 25.92 mil millones de dólares en 2021 y se proyecta que alcanzará los 39.34 mil millones de dólares para 2031, registrando una CAGR del 4.5 % de 2022 a 2031. Algunas de las principales tendencias incluyen intercambiadores de calor compactos para plantas eléctricas, intercambiadores de calor inteligentes e intercambiadores de calor sostenibles.

P2. ¿Cuáles son las diferencias entre los condensadores y los calentadores en los intercambiadores de calor de las centrales eléctricas?

A2. La función de un condensador es eliminar el calor de un vapor y convertirlo en un líquido. También libera calor al medio de refrigeración, generalmente agua o aire. El calentador, por otro lado, recibe calor de un fluido caliente que suele provenir de una caldera. Pasa el calor a otro fluido que suele ser agua que se utiliza para calentar.

P3. ¿Cuál es la diferencia entre los intercambiadores de calor de placas y los de tubos?

A3. Los intercambiadores de calor de placas se utilizan principalmente en aplicaciones de plomería, mientras que los intercambiadores de calor de tubos se utilizan principalmente en aplicaciones industriales. Los intercambiadores de calor tubulares también ocupan más espacio en comparación con los intercambiadores de calor de placas compactos. Los intercambiadores de calor se pueden clasificar en flujo en contracorriente, flujo cruzado y tubo de carcasa, que se utilizan principalmente en las industrias de centrales eléctricas.