Os intercambiadores de calor de placas existen en moitas aplicacións industriais e utilizan principalmente placas metálicas para transferir calor entre dous fluídos.
O seu uso está a medrar rapidamente porque superan os intercambiadores de calor tradicionais (xeralmente un tubo en espiral que contén un fluído que pasa a través dunha cámara que contén outro fluído) porque o fluído que se arrefría ten unha maior superficie de contacto, o que optimiza a transferencia de calor e aumenta considerablemente a velocidade de cambio de temperatura.
En lugar de serpentinas que atravesan as cámaras, nun intercambiador de calor de placas hai dúas cámaras alternas, xeralmente de profundidade delgada, separadas por placas de metal corrugado nas súas superficies máis grandes. A cámara é delgada, xa que isto garante que a maior parte do volume de líquido estea en contacto coa placa, o que axuda ao intercambio de calor.
Tradicionalmente, estas placas de intercambio de calor fabricáronse mediante estampado ou mecanizado convencional, como o embutido profundo, pero recentemente o gravado fotoquímico (PCE) demostrou ser a técnica de fabricación máis eficiente e rendible dispoñible para esta rigorosa aplicación. O mecanizado electroquímico (ECM) é outra tecnoloxía alternativa que pode fabricar pezas moi precisas por lotes, pero este proceso require un nivel moi alto de investimento inicial, está limitado a materiais condutores, consome moita enerxía, o deseño e a fabricación de ferramentas son difíciles e a peza de traballo... A corrosión das máquinas-ferramenta e os accesorios sempre foi unha dor de cabeza.
A miúdo, ambos os lados dun intercambiador de calor de placas conteñen características extremadamente complexas que ás veces están máis alá das capacidades de estampado e mecanizado, pero que se conseguen facilmente mediante PCE. Ademais, PCE pode xerar características en ambos os lados da placa simultaneamente, o que aforra un tempo significativo, e o proceso pódese aplicar a unha gama de metais diferentes, incluíndo aceiro inoxidable, Inconel 617, aluminio e titanio.
Debido a algunhas características inherentes do proceso, o PCE ofrece unha alternativa atractiva para a estampación e o mecanizado en aplicacións de chapa metálica. Ao usar fotorresistente e gravador para procesar quimicamente con precisión áreas seleccionadas, o proceso presenta propiedades do material preservadas, pezas sen rebabas nin tensións con contornos limpos e sen zonas afectadas pola calor. Ademais, o medio de gravado fluído crea unha estrutura óptima para o medio de refrixeración fluído utilizado na placa. Estas estruturas non teñen esquinas nin bordos susceptibles á corrosión.
Combinado co feito de que PCE emprega ferramentas dixitais ou de vidro facilmente repetibles e de baixo custo, proporciona unha alternativa de fabricación rendible, de alta precisión e rápida ás técnicas de mecanizado tradicionais e á estampación. Isto supón un aforro de custos significativo á hora de producir ferramentas prototipo e, a diferenza das técnicas de estampación e mecanizado, non hai desgaste das ferramentas nin custos asociados ao recorte do aceiro.
O mecanizado e o estampado poden producir resultados pouco perfectos no metal na liña de corte, o que a miúdo deforma o material que se está a mecanizar e deixa rebabas, zonas afectadas pola calor e capas de refundido. Ademais, esfórzanse por cumprir coa resolución de detalle requirida para pezas metálicas máis pequenas, complexas e precisas, como as placas de intercambio de calor.
Outro factor a ter en conta na selección do proceso é o grosor do material a mecanizar. Os procesos tradicionais adoitan atopar dificultades cando se aplican ao procesamento de metais finos; a estampación e o estampado son en moitos casos inadecuados, mentres que o corte con láser e auga levan a niveis desproporcionados e inaceptables de deformación térmica e fragmentación do material, respectivamente. Aínda que o PCE pódese usar nunha variedade de grosores de metal, un atributo clave é que pode traballar en láminas metálicas máis finas, como as que se usan nos intercambiadores de calor de placas, sen comprometer a planitude, o que é fundamental para a integridade do conxunto.
Unha área clave onde se empregan as placas son as aplicacións de pilas de combustible feitas de aceiro inoxidable, aluminio, níquel, titanio, cobre e unha gama de aliaxes especiais.
Descubriuse que as placas metálicas das pilas de combustible teñen moitas vantaxes sobre outros materiais. Ao mesmo tempo, son moi resistentes, ofrecen unha excelente condutividade para unha mellor refrixeración, pódense fabricar extremadamente delgadas mediante gravado, o que resulta en apilamentos máis curtos, e non teñen un acabado superficial direccional dentro do canal. As placas pódense formar e os canais crear ao mesmo tempo e, como se mencionou anteriormente, non se crea tensión térmica no metal, o que garante unha planitude absoluta.
O proceso PCE garante tolerancias repetibles en todas as dimensións da placa base, incluíndo a profundidade da vía aérea e a xeometría do colector, e pode fabricar pezas con especificacións axustadas de caída de presión.
Outras industrias que empregan láminas gravadas quimicamente inclúen os motores lineais, as industrias aeroespacial, petroquímica e química. Despois da fabricación, as placas apílanse e únense por difusión ou soldanse para formar o núcleo do intercambiador de calor. Os intercambiadores de calor acabados poden ser ata seis veces máis pequenos que os intercambiadores de calor tradicionais de "casca e tubos", o que proporciona excelentes vantaxes de espazo e peso.
Os intercambiadores de calor producidos con PCE tamén son moi robustos e eficientes, capaces de soportar unha presión de 600 bar e adaptarse a un rango de temperatura desde a crioxénica ata os 900 graos Celsius. É posible combinar máis de dous fluxos de proceso nunha soa unidade e cumprir os requisitos de tubaxes e válvulas, o que se reduce considerablemente. A reacción e a mestura tamén se poden integrar no deseño do intercambiador de calor de placas, o que engade funcionalidade nunha soa unidade de forma rendible.
Os requisitos actuais para unha disipación de calor eficiente e que aforre espazo presentan enormes desafíos para moitos enxeñeiros de desenvolvemento. A miniaturización de moitos compoñentes na tecnoloxía eléctrica e de microsistemas crea os chamados puntos quentes térmicos, que requiren unha disipación de calor óptima para garantir unha longa vida útil.
Usando PCE 2D e 3D, pódense fabricar microcanles con anchos e profundidades definidas en intercambiadores de calor para a selección de medios de disipación de calor na área máis pequena. Case non hai límite para os posibles deseños de canles.
Ademais, dado que o proceso de gravado inspira innovación no deseño e liberdade xeométrica, o fluxo turbulento, en oposición ao fluxo laminar, pode promoverse mediante o uso de bordos e profundidades de canles onduladas. O fluxo turbulento no medio de refrixeración significa que o refrixerante en contacto coa fonte de calor cambia constantemente, o que fai que o intercambio de calor sexa máis eficiente. Tales corrugacións e irregularidades nos microcanles dos intercambiadores de calor prodúcense facilmente mediante PCE, pero non é posible nin o custo é prohibitivo producilas utilizando procesos de fabricación alternativos.
Micrometal GmbH, especialista en PCE, utiliza ferramentas optoelectrónicas a prezos competitivos para producir pezas de alta calidade cun alto grao de precisión repetible.
As placas de microcanles individuais pódense unir (por exemplo, mediante soldadura por difusión) a varias xeometrías 3D. Micrometal emprega unha rede de socios experimentados que ofrece aos clientes a opción de mercar placas de microcanles individuais ou bloques de intercambiador de calor de microcanles integrais.
Substancia con propiedades metálicas e que consiste en dous ou máis elementos químicos, dos cales polo menos un é un metal.
Reducir os aumentos de temperatura do fluído na interface ferramenta/peza durante o mecanizado. Normalmente en forma líquida, como mesturas solubles ou químicas (semisintéticas, sintéticas), pero tamén pode ser aire presurizado ou outros gases. Debido á súa capacidade para absorber grandes cantidades de calor, a auga úsase amplamente como refrixerante e portador para varios compostos de corte, e a proporción de auga e composto varía segundo a tarefa de mecanizado. Ver fluído de corte; fluído de corte semisintético; fluído de corte en aceite soluble; fluído de corte sintético.
1. Difusión dun compoñente nun gas, líquido ou sólido que tende a uniformizar os compoñentes. 2. Un átomo ou molécula móvese espontaneamente a unha nova localización dentro do material.
Unha operación na que a corrente eléctrica flúe entre unha peza de traballo e unha ferramenta condutora a través dun electrolito. Inicia unha reacción química que disolve o metal da peza de traballo a unha velocidade controlada. A diferenza dos métodos de corte convencionais, a dureza da peza de traballo non é un factor, o que fai que a ECM sexa axeitada para materiais difíciles de mecanizar. En forma de retificado electroquímico, afiado electroquímico e torneado electroquímico.
Funcionalmente igual que un motor rotatorio nunha máquina ferramenta, un motor lineal pódese considerar como un motor rotatorio estándar de imán permanente, cortado axialmente no centro, logo pelado e colocado plano. A principal vantaxe de usar motores lineais para impulsar o movemento do eixe é que elimina as ineficiencias e as diferenzas mecánicas causadas polos sistemas de montaxe de parafuso de bólas utilizados na maioría das máquinas ferramenta CNC.
Compoñentes máis espazados na textura da superficie. Inclúe todas as irregularidades máis espazadas que a configuración de corte do instrumento. Consulta Fluxo; Deitado; Rugosidade.
O Dr. Michael J. Hicks é director do Centro de Investigación Empresarial e Económica e profesor distinguido de Economía George and Francis Ball na Escola de Negocios Miller da Universidade Estatal Ball. Hicks obtivo o seu doutoramento e mestrado en Economía pola Universidade de Tennessee e unha licenciatura en Economía polo Instituto Militar de Virxinia. É autor de dous libros e máis de 60 publicacións académicas centradas en políticas públicas estatais e locais, incluíndo políticas fiscais e de gasto e o impacto de Walmart nas economías locais.