Evaporador de carcasa y tubos

El evaporador de carcasa y tubos es el tipo de evaporador preferido para sistemas de más de 50 kW de capacidad de enfriamiento, donde su alta masa térmica, su tolerancia a fluidos de proceso sucios o corrosivos y su facilidad de mantenimiento mecánico le otorgan ventajas decisivas sobre las alternativas de placa, serpentín o placa soldada. Lynxcool diseña y fabrica cada evaporador de carcasa y tubos según los requisitos térmicos y de presión específicos del proyecto, con códigos de diseño que cubren GB 151, ASME Sección VIII Div. 1, y PED 2014/68/UE.

La compatibilidad con refrigerantes estándar incluye amoníaco (R717), CO₂ (R744), mezclas de HFC (R22, R404A, R507A, R134a, R410A) y mezclas de HFO/HFC de próxima generación (R448A, R449A, R452A). Se encuentran disponibles especificaciones de materiales personalizadas para circuitos transcríticos de CO₂ de alta presión y para fluidos de proceso fuera de la química estándar de agua/glicol.

Parámetros técnicos

Ámbito de aplicación

Refrigeración Industrial

•Barriles enfriadores para cámaras frigoríficas y almacenes refrigerados: circuitos inundados con R717 o R744

•Circuitos de glicol de congelación rápida y congelador en espiral: evaporación de salmuera a baja temperatura hasta -55 °C

•Unidades enfriadoras de tornillo empaquetadas con amoníaco: configuraciones DX o de lado de carcasa inundada

•Sistemas de refuerzo transcríticos de CO₂: funciones de evaporador y enfriador de gas de alta presión

Refrigeración industrial y de procesos

•Enfriamiento de la camisa del reactor químico: haces de tubos de titanio o 316L resistentes a la corrosión

•Circuitos de agua fría para extrusión y moldeo por inyección de plásticos.

•Tanques de fermentación de alimentos y bebidas y circuitos de enfriamiento del pasteurizador.

•Refrigeración de procesos de sala blanca farmacéutica con acabados de superficie compatibles con GMP

•Enfriamiento secundario del circuito de glicol del centro de datos (diseños de alto caudal y bajo ΔT)

HVAC y refrigeración urbana

•Grandes cilindros enfriadores centrífugos y de tornillo: reemplaza los componentes OEM o la actualización independiente

•Estaciones intercambiadoras de calor de refrigeración urbana: tareas de agua a agua o de refrigerante a agua

•Circuitos híbridos de refrigeración gratuita: evaporadores de recuperación de agua caliente a alta presión

Características técnicas principales

1. Configuración del lado del shell inundado versus DX

Lynxcool diseña el evaporador de carcasa y tubos en configuraciones del lado de la carcasa inundadas o de expansión directa (DX). Los evaporadores inundados mantienen un nivel de refrigerante líquido en todo el haz de tubos, maximizando el área de superficie húmeda y entregando coeficientes generales de transferencia de calor (U) entre un 20 y un 35 % más altos que los DX con la misma geometría de tubo. Son la opción estándar para sistemas de amoníaco y enfriadores de tornillo HFC de gran tamaño. Las configuraciones DX se aplican donde la minimización de la carga líquida es crítica: zonas de seguridad de CO₂, sistemas HFO de bajo GWP o enfriadores modulares donde el control del inventario de refrigerante es un requisito reglamentario.

2. Geometría mejorada de la superficie del tubo

Los tubos de cobre estándar se especifican con un perfil ranurado internamente (microaleta) en el lado del agua/proceso, lo que aumenta el área interna mojada entre un 60 y un 80 % en comparación con un orificio liso e induce turbulencia con números de Reynolds más bajos. La superficie externa del lado del refrigerante utiliza un perfil de aleta baja (26 fpi) que aumenta el área de ebullición nucleada y reduce la aparición de secado. Para aplicaciones inundadas de amoníaco, se utilizan tubos externos lisos para evitar el arrastre de líquido; el diámetro de salida de burbujas más grande del NH₃ se beneficia de una superficie externa sin obstrucciones.

3. Disposición del tubo de múltiples pasos

Los diseños de paso único minimizan la caída de presión en aplicaciones de alto flujo y bajo ΔT (refrigeración de centros de datos, refrigeración urbana). Los diseños de dos y cuatro pasos aumentan la velocidad del lado del tubo a caudales más bajos, manteniendo el flujo turbulento (Re > 10 000) y coeficientes de película altos incluso con carga parcial. La configuración del paso se selecciona durante el diseño térmico para cumplir simultáneamente los objetivos de ΔT, caída de presión y energía de la bomba específicos del proyecto.

4. Ingeniería de recipientes a presión y cumplimiento de códigos

Cada carcasa de evaporador de carcasa y tubos está fabricada a partir de una placa de recipiente a presión certificada (Q345R o SA-516 Gr.70), probada radiográficamente en las costuras longitudinales (RT Grado II) y probada hidrostáticamente a 1,25 veces la presión de diseño antes del aislamiento. Las uniones de tubo a placa tubular se expanden con rodillos y se sueldan con sello para servicio con amoníaco. La inspección de terceros realizada por CCS, TÜV o Bureau Veritas está disponible previa solicitud. Con cada unidad se suministran informes completos de pruebas de materiales (MTR), mapas de soldadura y certificados de pruebas de presión.

5. Protección contra la corrosión y flexibilidad del material

La protección contra la corrosión del lado de la carcasa es inherente al entorno del fluido refrigerante. El material del lado del tubo se selecciona para que coincida con el fluido del proceso: cobre TP2 estándar para agua fría limpia; Acero inoxidable 316L para ácidos suaves, agua clorada o circuitos aptos para uso alimentario; titanio Grado 2 para agua de mar, agua salobre o productos químicos agresivos; Cuproníquel 90/10 para aplicaciones marinas. El material de la placa de tubos se adapta a la aleación del tubo para eliminar el acoplamiento galvánico.

6. Montaje y pruebas en fábrica

Cada evaporador de carcasa y tubos está completamente ensamblado, aislado y sometido a pruebas de presión en la fábrica de Lynxcool antes del envío. Las bridas de conexión están perforadas según las especificaciones de tubería del cliente. El aislamiento de poliuretano de celda cerrada aplicado en fábrica (50 mm estándar, 75 mm para trabajos a baja temperatura por debajo de -20 °C de evaporación) elimina el trabajo de aislamiento en el sitio y garantiza una integridad constante de la barrera contra la humedad. Las unidades se envían con una carga de retención de nitrógeno (0,05 – 0,1 MPa) para evitar la oxidación interna durante el tránsito y el almacenamiento.

Por qué asociarse con Lynxcool

•Diseño térmico específico del proyecto: cada evaporador de carcasa y tubos tiene el tamaño exacto de su carga, propiedades del fluido, factores de incrustación y caída de presión permitida; no se selecciona de un catálogo fijo.

•Capacidad de fabricación de códigos múltiples: GB 151, ASME VIII Div. 1 y PED 2014/68/UE desde una única fábrica, lo que reduce el número de proveedores en proyectos internacionales

•Compatibilidad total con refrigerantes: amoníaco, CO₂ transcrítico, HFC y mezclas de HFO de próxima generación, todos compatibles con materiales y especificaciones de sellado adecuados.

•Paquete de calidad documentado: MTR, informes de pruebas radiográficas, certificados de pruebas hidrostáticas y datos de placa de identificación suministrados como estándar, sin cargo adicional

•Aislamiento y revestimiento integrados: las unidades terminadas en fábrica llegan listas para conectarse, lo que elimina los subcontratos de aislamiento en campo y las brechas en el control de calidad.

•Experiencia en reemplazo y modernización: Lynxcool puede rediseñar un reemplazo directo para cualquier barril enfriador OEM, haciendo coincidir el patrón de brida, la huella de la carcasa y la orientación de la boquilla para minimizar el tiempo de inactividad de la planta durante el cambio.

•Ventaja de costos de fabricación en China: 25 – 40 % por debajo de los fabricantes de recipientes a presión europeos equivalentes con niveles de calidad certificados comparables, con sello ASME U y marcado CE PED disponibles

Preguntas frecuentes

P: ¿Cuál es la diferencia entre un evaporador de carcasa y tubos inundado y uno DX?

R: En un evaporador inundado, la carcasa contiene una piscina de refrigerante líquido que sumerge todo el haz de tubos; El refrigerante hierve desde la superficie del líquido hacia arriba, maximizando el área mojada y los coeficientes de transferencia de calor. En un evaporador DX (expansión directa), la válvula de expansión dosifica el refrigerante en la entrada de la carcasa y el refrigerante se evapora por completo antes de llegar a la salida; la carga líquida es significativamente menor. Los diseños inundados logran valores U entre un 20 % y un 35 % mejores y se prefieren para sistemas de amoníaco y grandes HFC. Los diseños DX se eligen cuando minimizar el inventario de refrigerante es una prioridad.

P: ¿Qué material de tubo debo especificar para mi fluido de proceso?

R: Para agua fría limpia o glicol, el cobre TP2 estándar es la opción más rentable. Para ácidos suaves, agua clorada de torres de enfriamiento o circuitos en contacto con alimentos, especifique acero inoxidable 316L. Para agua de mar, agua salobre o productos químicos agresivos, el titanio Grado 2 proporciona la mejor resistencia a la corrosión. Los ingenieros térmicos de Lynxcool confirmarán la compatibilidad del material con su informe de química de fluidos antes de emitir el plano de fabricación.

P: ¿Pueden fabricar un barril de repuesto para una marca de enfriadora existente?

R: Sí, este es uno de nuestros tipos de proyectos más comunes. Proporcione los datos de la placa de identificación del OEM, el dibujo de la brida de conexión y las dimensiones de la huella de la carcasa, y Lynxcool diseñará un reemplazo directo que coincida con el servicio térmico original y todas las interfaces mecánicas. Las unidades modernizadas generalmente se entregan en 8 a 12 semanas y la instalación es un intercambio directo, lo que minimiza el tiempo de inactividad de la planta.

P: ¿Qué factores de incrustación utiliza en el diseño térmico?

R: Los factores de contaminación predeterminados siguen los estándares TEMA: 0,000088 m²·K/W (0,0005 hr·ft²·°F/BTU) para el lado del tubo de agua fría limpia y 0,000176 m²·K/W (0,001) para el agua del condensador de la torre de enfriamiento. Los clientes pueden especificar asignaciones de incrustaciones específicas del proyecto; los incorporamos directamente al modelo térmico HTRI o Bell-Delaware y los documentamos en la hoja de datos.

P: ¿Cuál es la presión operativa máxima para el servicio transcrítico de CO₂?

R: Para el lado de alta presión de CO₂ (enfriador de gas), Lynxcool diseña a una presión de diseño de 12 MPa utilizando una placa de carcasa SA-516 Gr.70 y tubos de acero al carbono o de acero inoxidable de alta presión, fabricados según ASME VIII Div. 1. Para el lado del evaporador de baja presión de un sistema de refuerzo de CO₂, el diseño estándar de 4,0 MPa suele ser suficiente. Ambos están dentro del alcance del código actual de la fábrica.

P: ¿Cómo se aísla el evaporador de carcasa y tubos? ¿Se puede quitar el aislamiento para realizar mantenimiento?

R: La espuma de poliuretano de celda cerrada de 50 mm aplicada en fábrica (75 mm para trabajos a temperaturas inferiores a -20 °C) se adhiere al exterior de la carcasa y se remata con una cubierta reforzada con fibra de vidrio. Ambos bonetes de los extremos (cajas de agua) se dejan sin aislamiento o están equipados con almohadillas aislantes removibles, lo que permite el acceso al haz de tubos para limpieza mecánica o inspección de los tubos sin demoler el aislamiento principal. El taponamiento de tubos o el reemplazo del haz se pueden realizar en el sitio sin recuperación de refrigerante del lado de la carcasa si la unidad está aislada y drenada.

P: ¿Qué plazo de entrega y paquete de documentación debemos esperar?

R: Unidades estándar (DN 200 – DN 800, tubos de cobre, código GB 151): 4 – 6 semanas desde la aprobación del dibujo. Unidades grandes o de materiales especiales (DN 1000+, titanio, sello ASME U, PED): 8 – 14 semanas. Paquete de documentación estándar: plano de disposición general, hoja de datos térmicos, informes de pruebas de materiales, mapa de soldadura, informe de pruebas radiográficas, certificado de prueba hidrostática, frotamiento de la placa de identificación y lista de empaque. Los certificados de inspección de terceros (TÜV, BV, CCS) se incluyen cuando se especifica en el pedido.