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 (generalmente 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 mayor área de 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 del líquido esté en contacto con la placa, lo que ayuda al intercambio de calor.
Estas placas de intercambio de calor se han fabricado tradicionalmente utilizando estampación o mecanizado convencional como la 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, está limitado a materiales conductores, consume mucha energía, el diseño y la fabricación de herramientas son difíciles y la pieza de trabajo La corrosión de las máquinas herramienta y los 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 se logran fácilmente utilizando PCE. Además, PCE puede generar características en ambos lados de la placa simultáneamente, lo que ahorra tiempo significativo, 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, el PCE ofrece una alternativa atractiva para el estampado y mecanizado en aplicaciones de chapa metálica. Al utilizar fotorresistencia y agente de grabado para procesar químicamente con precisión áreas seleccionadas, el proceso presenta propiedades de material preservadas, piezas sin rebabas ni 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 digitales o de vidrio fácilmente repetibles y de bajo costo, proporciona una alternativa de fabricación rentable, de alta precisión y rápida a las técnicas de mecanizado y estampación tradicionales. Esto significa un ahorro de costos significativo al producir herramientas prototipo y, a diferencia de las técnicas de estampación y mecanizado, no hay desgaste de la herramienta ni costos asociados con el re-corte del 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 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 la estampación son en muchos casos inadecuados, mientras que el corte por láser y por agua conducen a niveles desproporcionados e inaceptables de deformación térmica y fragmentación del material, respectivamente. Si bien el PCE se puede utilizar en una variedad de espesores de metal, un atributo clave es que puede funcionar en láminas de metal más delgadas, como las que se utilizan en intercambiadores de calor de placas, sin comprometer la planitud, 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 fuertes, ofrecen una conductividad excelente para una mejor refrigeración, se pueden fabricar extremadamente delgadas mediante grabado, lo que da como resultado pilas más cortas, y no tienen un acabado superficial direccional dentro del canal. Se pueden formar placas y crear canales al mismo tiempo y, como se mencionó anteriormente, no se crea tensión térmica en el metal, lo que garantiza una planitud absoluta.
El proceso PCE garantiza tolerancias repetibles en todas las dimensiones del teclado, incluidas la profundidad de las vías respiratorias y la geometría del colector, y puede fabricar piezas según especificaciones estrictas de caída de presión.
Otras industrias que utilizan láminas grabadas químicamente incluyen motores lineales, industrias aeroespaciales, petroquímicas y químicas. Después de la fabricación, las placas se apilan y se unen por difusión o se sueldan entre sí 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 proporciona 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 y adaptarse a un rango de temperatura desde la criogenia hasta los 900 grados Celsius. Es posible combinar más de dos corrientes de proceso en una unidad y los requisitos en tuberías y válvulas se reducen en gran medida. 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 de 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.
Utilizando 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. Prácticamente no hay límite para los posibles diseños de canales.
Además, dado que el proceso de grabado inspira innovación en el diseño y libertad geométrica, se puede promover el flujo turbulento en oposición al flujo laminar mediante el uso de bordes y profundidades de canales ondulados. El flujo turbulento en el medio de enfriamiento significa que el refrigerante en contacto con la fuente de calor cambia constantemente, lo que hace que el intercambio de calor sea más eficiente. Dichas corrugaciones e irregularidades en los microcanales de los intercambiadores de calor se producen fácilmente mediante PCE, pero no son posibles o no son prohibitivamente costosas de producir utilizando procesos de fabricación alternativos.
Micrometal GmbH, especialista en PCE, utiliza herramientas optoelectrónicas a precios competitivos para producir piezas de trabajo de alta calidad con un alto grado de precisión repetible.
Se pueden unir placas de microcanales individuales (por ejemplo, mediante soldadura por difusión) a varias geometrías 3D. Micrometal utiliza una red de socios experimentada que ofrece a los clientes la opción de comprar placas de microcanales individuales o bloques intercambiadores de calor de microcanales integrales.
Sustancia que tiene propiedades metálicas y que consta de dos o más elementos químicos, de los cuales al menos uno es un metal.
Reduce los aumentos de temperatura del fluido en la interfaz herramienta/pieza de trabajo durante el mecanizado. Generalmente 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 para varios compuestos de corte, y la proporción de agua a compuesto varía según la tarea de mecanizado. Ver 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 uniformizar los componentes. 2. Un átomo o molécula se desplaza 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 rotatorio en una máquina herramienta, un motor lineal puede considerarse como un motor rotatorio de imán permanente estándar, cortado axialmente en el centro, luego desmontado y colocado plano. La principal ventaja de utilizar motores lineales para impulsar el movimiento del eje es que elimina las ineficiencias y las diferencias mecánicas causadas por los sistemas de ensamblaje de tornillos de bolas utilizados en la mayoría de las máquinas herramienta CNC.
Componentes con espaciado más amplio en la textura de la superficie. Incluya todas las irregularidades con un espaciado más amplio que el ajuste de corte del instrumento. Consulte Flujo; Disposición; Rugosidad.
El Dr. Michael J. Hicks es Director del Centro de Investigación Económica y Empresarial y Profesor Distinguido George y Francis Ball de Economía en la Escuela de Negocios Miller de la Universidad Estatal de Ball. Hicks recibió su doctorado y 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 centradas en políticas públicas estatales y locales, incluidas las políticas fiscales y de gasto y el impacto de Walmart en las economías locales.