Los intercambiadores de calor de placas existen en muchas aplicaciones industriales y utilizan principalmente placas de metal para transferir calor entre dos fluidos.
Su uso está creciendo rápidamente porque superan a los intercambiadores de calor tradicionales (por lo general, un tubo en espiral que contiene un fluido que pasa a través de una cámara que contiene otro fluido) porque el fluido que se enfría tiene una mayor superficie de contacto, lo que optimiza la transferencia de calor y aumenta en gran medida la tasa de cambio de temperatura.
En lugar de bobinas que pasan a través de las cámaras, en un intercambiador de calor de placas hay dos cámaras alternas, generalmente delgadas en profundidad, separadas por placas de metal corrugado en sus superficies más grandes. La cámara es delgada, ya que esto asegura que la mayor parte del volumen de líquido esté en contacto con la placa, lo que ayuda al intercambio de calor.
Dichas placas de intercambio de calor se han fabricado tradicionalmente mediante estampado o mecanizado convencional, como embutición profunda, pero recientemente el grabado fotoquímico (PCE) ha demostrado ser la técnica de fabricación más eficiente y rentable disponible para esta rigurosa aplicación. El mecanizado electroquímico (ECM) es otra tecnología alternativa que puede fabricar piezas muy precisas en lotes, pero este proceso requiere un nivel muy alto de inversión inicial, se limita a materiales conductores, consume mucha energía, el diseño y la fabricación de herramientas es difícil y la pieza de trabajo La corrosión de las máquinas herramienta y accesorios siempre ha sido un dolor de cabeza.
A menudo, ambos lados de un intercambiador de calor de placas contienen características extremadamente complejas que a veces están más allá de las capacidades de estampado y mecanizado, pero que se logran fácilmente con PCE. Además, PCE puede generar características en ambos lados de la placa simultáneamente, ahorrando mucho tiempo, y el proceso se puede aplicar a una variedad de metales diferentes, incluidos acero inoxidable, Inconel 617, aluminio y titanio.
Debido a algunas características inherentes del proceso, PCE ofrece una alternativa atractiva para el estampado y el mecanizado en aplicaciones de chapa metálica. Con el uso de fotoprotector y grabador para procesar químicamente con precisión las áreas seleccionadas, el proceso presenta propiedades de material conservadas, piezas libres de rebabas y tensión con contornos limpios y sin zonas afectadas por el calor. Además, el medio de grabado fluido crea una estructura óptima para el medio de enfriamiento fluido utilizado en la placa. Estas estructuras no tienen esquinas ni bordes susceptibles a la corrosión.
Combinado con el hecho de que PCE utiliza herramientas de vidrio o digitales fácilmente repetibles y de bajo costo, proporciona una alternativa de fabricación rentable, de alta precisión y rápida a las técnicas tradicionales de mecanizado y estampado. Esto significa un ahorro significativo de costos al producir herramientas prototipo y, a diferencia de las técnicas de estampado y mecanizado, no hay desgaste de herramientas ni costos asociados con el corte de acero.
El mecanizado y el estampado pueden producir resultados menos que perfectos en el metal en la línea de corte, a menudo deformando el material que se está mecanizando y dejando rebabas, zonas afectadas por el calor y capas refundidas. Además, se esfuerzan por cumplir con la resolución de detalle requerida para piezas metálicas más pequeñas, más complejas y más precisas, como las placas de intercambio de calor.
Otro factor a considerar en la selección del proceso es el espesor del material a mecanizar. Los procesos tradicionales a menudo encuentran dificultades cuando se aplican al procesamiento de metales delgados, el estampado y el estampado son en muchos casos inadecuados, mientras que el láser y el corte por agua conducen a niveles inaceptables y desproporcionados de deformación térmica y fragmentación del material, respectivamente. , que es fundamental para la integridad del conjunto.importante.
Un área clave donde se utilizan placas es en aplicaciones de celdas de combustible hechas de acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio, cobre y una variedad de aleaciones especiales.
Se ha descubierto que las placas de metal en las celdas de combustible tienen muchas ventajas sobre otros materiales. Al mismo tiempo, son muy resistentes, ofrecen una excelente conductividad para un mejor enfriamiento, se pueden fabricar extremadamente delgadas mediante grabado, lo que da como resultado pilas más cortas y no tienen un acabado de superficie direccional dentro del canal. Se pueden formar placas y crear canales al mismo tiempo y, como se mencionó anteriormente, no se crea estrés térmico en el metal, lo que garantiza una planitud absoluta.
El proceso PCE garantiza tolerancias repetibles en todas las dimensiones del teclado, incluida la profundidad de las vías respiratorias y la geometría del colector, y puede fabricar piezas con especificaciones estrictas de caída de presión.
Otras industrias que utilizan láminas grabadas químicamente incluyen las industrias de motores lineales, aeroespacial, petroquímica y química. Después de la fabricación, las placas se apilan y se unen por difusión o se sueldan juntas para formar el núcleo del intercambiador de calor. Los intercambiadores de calor terminados pueden ser hasta seis veces más pequeños que los intercambiadores de calor tradicionales de "carcasa y tubo", lo que brinda excelentes ventajas de espacio y peso.
Los intercambiadores de calor producidos con PCE también son muy robustos y eficientes, capaces de soportar una presión de 600 bar mientras se adaptan a un rango de temperatura desde la criogenia hasta los 900 grados centígrados. Es posible combinar más de dos flujos de proceso en una unidad y cumplir con los requisitos de tuberías y válvulas que se reducen considerablemente. La reacción y la mezcla también se pueden integrar en el diseño del intercambiador de calor de placas, agregando funcionalidad de manera rentable en una sola unidad.
Los requisitos actuales para una disipación de calor eficiente y que ahorre espacio presentan enormes desafíos para muchos ingenieros de desarrollo. La miniaturización de muchos componentes en la tecnología eléctrica y de microsistemas crea los llamados puntos calientes térmicos, que requieren una disipación de calor óptima para garantizar una larga vida útil.
Usando PCE 2D y 3D, se pueden fabricar microcanales con anchos y profundidades definidos en intercambiadores de calor para la selección de medios de disipación de calor en el área más pequeña. Casi no hay límite para los diseños de canales posibles.
Además, dado que el proceso de grabado inspira la innovación en el diseño y la libertad geométrica, se puede promover el flujo turbulento en lugar del flujo laminar mediante el uso de bordes y profundidades de canales ondulados. El flujo turbulento en el medio de refrigeración significa que el refrigerante en contacto con la fuente de calor cambia constantemente, lo que hace que el intercambio de calor sea más eficiente. Estas ondulaciones e irregularidades en los microcanales de los intercambiadores de calor son fácilmente producidas por PCE, pero no son posibles o tienen un costo prohibitivo de producir utilizando procesos de fabricación alternativos.
El especialista en PCE, micrometal GmbH, utiliza herramientas optoelectrónicas a precios competitivos para producir piezas de trabajo de alta calidad con un alto grado de precisión repetible.
Las placas de microcanales individuales se pueden unir (p. ej., mediante soldadura por difusión) a varias geometrías 3D. micrometal utiliza una red de socios experimentados que ofrece a los clientes la opción de comprar placas de microcanales individuales o bloques de intercambiador de calor de microcanales integrales.
Sustancia que tiene propiedades metálicas y que consta de dos o más elementos químicos, al menos uno de los cuales es un metal.
Reducir los aumentos de temperatura del fluido en la interfaz herramienta/pieza de trabajo durante el mecanizado. Por lo general, en forma líquida, como mezclas solubles o químicas (semisintéticas, sintéticas), pero también puede ser aire presurizado u otros gases. Debido a su capacidad para absorber grandes cantidades de calor, el agua se usa ampliamente como refrigerante y portador de diversos compuestos de corte, y la proporción de agua a compuesto varía según la tarea de mecanizado. Consulte el fluido de corte;fluido de corte semisintético;fluido de corte de aceite soluble;Fluido de corte sintético.
1. Difusión de un componente en un gas, líquido o sólido que tiende a uniformar los componentes.2.Un átomo o molécula se mueve espontáneamente a una nueva ubicación dentro del material.
Una operación en la que la corriente eléctrica fluye entre una pieza de trabajo y una herramienta conductora a través de un electrolito. Inicia una reacción química que disuelve el metal de la pieza de trabajo a un ritmo controlado. A diferencia de los métodos de corte convencionales, la dureza de la pieza de trabajo no es un factor, lo que hace que el ECM sea adecuado para materiales difíciles de mecanizar. En forma de rectificado electroquímico, bruñido electroquímico y torneado electroquímico.
Funcionalmente igual que un motor rotativo en una máquina herramienta, un motor lineal se puede considerar como un motor rotativo de imán permanente estándar, cortado axialmente en el centro, luego desmontado y colocado plano. La principal ventaja de usar motores lineales para impulsar el movimiento del eje es que elimina las ineficiencias y diferencias mecánicas causadas por los sistemas de ensamblaje de husillo de bolas que se usan en la mayoría de las máquinas herramienta CNC.
Componentes espaciados más anchos en la textura de la superficie. Incluya todas las irregularidades espaciadas más anchas que la configuración de corte del instrumento. Vea Flujo;Mintiendo;Aspereza.
El Dr. Michael J. Hicks es Director del Centro de Investigación Comercial y Económica y Profesor Distinguido de Economía George and Francis Ball en la Escuela de Negocios Miller de Ball State University. Hicks recibió su Ph.D.y una maestría en economía de la Universidad de Tennessee y una licenciatura en economía del Instituto Militar de Virginia. Es autor de dos libros y más de 60 publicaciones académicas que se centran en las políticas públicas estatales y locales, incluidas las políticas de impuestos y gastos y el impacto de Walmart en las economías locales.