El obstáculo de la barra de autobús
Los tanques de galvanoplastia contienen barras colectoras catódicas-conductores pesados de cobre o aluminio que transportan corriente rectificadora a las piezas de trabajo. Estas barras colectoras discurren a lo largo del borde del tanque, a lo ancho del tanque sobre puentes de soporte o a lo largo de las paredes del tanque. Ocupan un espacio de instalación privilegiado para un intercambiador de calor. No se pueden mover sin una reconstrucción eléctrica importante. Transportan cientos o miles de amperios, lo que crea fuertes campos magnéticos y requiere una estricta separación eléctrica de los objetos conectados a tierra.
La instalación de una rejilla intercambiadora de calor de PTFE rectangular estándar en un tanque con barras colectoras existentes a menudo requiere aceptar una superficie de calentamiento reducida (cortando la rejilla cerca de las barras colectoras) o colocar tubos alrededor de los obstáculos. Enrutamiento de tubos personalizado-la solución preferida es variar las rutas de los tubos individuales para navegar alrededor de las barras colectoras manteniendo el espacio entre los tubos y el área de superficie total-.
Los principios de diseño de enrutamiento
El diseño del enrutamiento de tubos sigue tres principios. Primero, mantenga la distancia eléctrica: el PTFE es un excelente aislante eléctrico, pero las tuberías de vapor y condensado conectadas al intercambiador de calor son metálicas y están conectadas a tierra. Los tubos de PTFE deben proporcionar una distancia de fuga suficiente entre las barras colectoras activas y el componente metálico conectado a tierra más cercano. La distancia de fuga mínima depende del voltaje de la barra colectora y del entorno, pero 50-100 mm es lo típico para rectificadores enchapados de bajo voltaje.
En segundo lugar, preservar el espaciado de los tubos: el recorrido alrededor de los obstáculos no debe crear zonas de tubos muy apretados (lo que restringiría el flujo) o tubos muy espaciados (lo que crearía puntos fríos). El objetivo del diseño es mantener el espacio de diseño entre tubos-a-lo más cercano posible en todo el paquete, desviándose solo cuando sea necesario para sortear obstáculos.
En tercer lugar, evite los puntos bajos en el drenaje de condensado: cualquier tubo que deba sumergirse por debajo de la elevación principal del colector de condensado para pasar por debajo de una barra colectora crea una posible trampa de condensado. La ruta debe mantener una pendiente descendente continua hacia el cabezal de condensado o proporcionar un drenaje dedicado en cualquier punto bajo inevitable.
| Parámetro de diseño de enrutamiento | Especificación |
|---|---|
| Espacio libre eléctrico (barra colectora hasta el metal conectado a tierra más cercano) | 50-100 mm (dependiente del voltaje) |
| Rigidez dieléctrica del PTFE | 18-24 kV/mm (supera con creces el requisito) |
| Radio mínimo de curvatura del tubo | 25 × tubo OD (estándar) |
| Longitud máxima de tubo adicional para superar obstáculos | +20% (más allá de la ruta en línea recta-) |
| Requisito de drenaje de condensado | Pendiente descendente continua; sin puntos bajos intermedios |
| Modificación de la placa de soporte | Orificios adicionales para tubos enrutados; geometría de placa personalizada |
Los patrones de enrutamiento
Tres patrones de enrutamiento abordan configuraciones comunes de barras colectoras. Para las barras colectoras que corren a lo largo del borde del tanque por encima del nivel del líquido, los tubos del intercambiador de calor simplemente terminan debajo de la elevación de la barra colectora. Los encabezados están ubicados fuera de la zona de la barra colectora. La longitud del tubo se reduce ligeramente, lo que se compensa aumentando el número de tubos para mantener la superficie total.
Para las barras colectoras que cruzan el tanque en puentes de soporte elevados, los tubos pasan por debajo de los puentes. La distancia vertical debajo del puente determina la elevación máxima del tubo. Si el puente es bajo, es posible que sea necesario empotrar los tubos en la zona del puente hacia abajo, creando un perfil de haz escalonado. El paso no afecta significativamente la uniformidad del calentamiento si es gradual.
Para las barras colectoras que corren verticalmente a lo largo de la pared del tanque, la rejilla del tubo está desplazada de la pared para proporcionar espacio libre. El desplazamiento crea un espacio entre la rejilla y la pared, que se puede llenar con tubos más cortos adicionales para recuperar la superficie de calentamiento en el espacio.
La Verificación Térmica e Hidráulica
El enrutamiento personalizado cambia la longitud del tubo y la ruta del flujo. Se debe verificar la distribución del flujo de vapor en cada tubo-con ruta personalizada. Un tubo que es un 20% más largo que sus vecinos tiene una resistencia al flujo un 20% mayor y recibirá menos vapor. El diseño del cabezal compensa ajustando el tamaño del orificio de entrada para cada posición del tubo, lo que garantiza una distribución equilibrada del flujo a pesar de las diferentes longitudes de los tubos.
La superficie total de transferencia de calor del paquete-enrutado personalizado debe cumplir con el deber de diseño. El cálculo del área de superficie tiene en cuenta las longitudes reales de los tubos, no las dimensiones nominales de la rejilla. Si el enrutamiento reduce la superficie total, se pueden compensar tubos adicionales o una huella de haz más grande.
Resumen
El enrutamiento de tubos personalizado permite la instalación de intercambiadores de calor de PTFE en tanques con barras colectoras catódicas existentes sin reubicar la infraestructura eléctrica. El recorrido mantiene el espacio libre eléctrico a través de las propiedades aislantes inherentes del PTFE, preserva el espacio entre los tubos para lograr uniformidad térmica y garantiza un drenaje continuo del condensado. La distribución del flujo se equilibra a través de orificios de entrada de tubos individuales. El diseño recupera la superficie de calentamiento que se perdería en una rejilla estándar cortada por las barras colectoras.
El soporte de ingeniería para el diseño del intercambiador de calor de navegación de barras colectoras está disponible previa presentación de las ubicaciones y dimensiones de las barras colectoras, el voltaje de las barras, la geometría del tanque, el servicio de calefacción y las conexiones de tuberías existentes.
