Tres camisas en el mismo reactor de 3.000 L dan tres precios distintos, tres velocidades de transferencia de calor distintas y tres distribuciones de planta distintas. Ninguna de las tres es incorrecta. Cada una falla justo donde no conviene.
1. Empiece por la carga térmica, no por la camisa
Una camisa es un recipiente a presión que rodea su recipiente de proceso. Tiene una sola función: transferir calor hacia dentro o hacia fuera a la velocidad que necesita la reacción, usando el fluido de servicio que realmente tiene, sin contaminar el producto y sin hacer que el recipiente sea imposible de instalar o limpiar.
Cuatro números deciden la elección antes de que nadie hable de precio: la carga térmica requerida (kW), el fluido de servicio y su temperatura y presión de suministro (MPa), la velocidad de rampa que necesita el proceso (°C/min) y el espacio libre entre recipientes adyacentes en su plano (mm). Anote esos cuatro y envíelos con la consulta. Una camisa dimensionada a partir de una suposición es una camisa mal dimensionada.
2. La camisa simple (convencional)
Dos envolventes concéntricas soldadas arriba y abajo, con un espacio anular alrededor de toda la circunferencia del cuerpo cilíndrico. La holgura suele ser de 25 a 100 mm, y la camisa lleva una boquilla de drenaje en el punto bajo y un venteo en el punto alto.
Lo que hace bien: da una cobertura completa y uniforme del cuerpo, es la camisa más económica de fabricar por metro cuadrado, drena por completo por gravedad y su superficie exterior lisa es la más fácil de las tres de aislar. En un recipiente grande, donde la superficie es abundante y la carga térmica es moderada, suele ser la respuesta correcta.
Donde falla: el espacio anular es una gran área de flujo, por lo que, para un caudal volumétrico dado, la velocidad del medio es baja y el coeficiente de película del lado de la camisa se convierte en el eslabón más débil de la cadena de transferencia de calor. La envolvente exterior plana también tiene soporte limitado, así que el espesor de pared aumenta rápidamente a medida que sube la presión del fluido de servicio. Una camisa simple es un mal lugar para poner vapor a alta presión o aceite de transferencia térmica.
3. La camisa de serpentín de media caña
Un tubo —normalmente DN25 a DN80— se parte longitudinalmente, y el canal semicircular se enrolla en espiral y se suelda a la envolvente exterior. El medio circula por ese canal semicircular, no por un espacio anular.
La consecuencia es justamente lo importante: la sección transversal de flujo es mucho menor que la de un espacio anular, así que, para el mismo caudal volumétrico, la velocidad es mucho mayor y el coeficiente de película del lado de la camisa aumenta con ella. Un tubo también es un recipiente a presión natural, por lo que la forma de media caña soporta más presión con menos metal que una camisa simple. La contrapartida es la cobertura. Hay una zona sin canal entre vueltas adyacentes, y los fondos bombeados y conos normalmente necesitan una disposición aparte, así que el serpentín nunca cubre el 100 % de la superficie mojada. Pida el área real de transferencia de calor en m², no una cifra porcentual.
El coste es superior al de una camisa simple: más metros de soldadura, más ajuste en obra, más ensayos no destructivos y, por tanto, una mayor proporción del precio del recipiente concentrada en la camisa. El enrollado en espiral también aumenta el diámetro exterior y deja una superficie con nervios, lo que dificulta el aislamiento y ensancha la envolvente del recipiente en el plano.
4. La camisa de hoyuelos
También llamada camisa de placa almohadilla o camisa soldada por puntos. Dos láminas relativamente finas se sueldan entre sí según un patrón regular de puntos, y el espacio entre ellas se infla para formar el canal de flujo. Los hoyuelos actúan como tirantes, de modo que la camisa resiste presión sin una envolvente exterior gruesa.
La transferencia de calor por metro cuadrado es buena, porque el recorrido laberíntico mantiene turbulento el medio. La verdadera ventaja es la geometría: una camisa de hoyuelos se puede conformar sobre fondos bombeados, conos y otras formas que un serpentín de media caña no puede seguir fácilmente. Eso la convierte en la opción para un recipiente compacto que necesita mucha área de camisa, o para una aplicación a alta presión sobre una superficie no cilíndrica.
Las contrapartidas son prácticas. El recorrido de flujo es un laberinto, por lo que no drena tan limpiamente como una camisa simple a menos que se diseñe la ruta de drenaje; confirme la orientación del punto de drenaje en el plano. El número de soldaduras es alto, así que la calidad de soldadura y la inspección importan más que en los otros dos tipos. Y la superficie exterior es irregular, lo que afecta el aislamiento y la apariencia.
5. Comparación directa según los cuatro criterios
- Transferencia de calor por m²: tanto la camisa de hoyuelos como la de media caña están muy por encima de una camisa simple, porque ambas fuerzan una mayor velocidad a través de un canal más pequeño. El área total sigue decidiendo el resultado: una camisa simple grande puede superar a un serpentín de media caña pequeño. Trabaje a partir de Q = U·A·ΔT con su propio valor de U, y exija al proveedor que le dé A en m².
- Presión: una camisa simple es la opción de menor presión y se vuelve costosa rápidamente a medida que sube la presión. Las camisas de media caña y de hoyuelos soportan una mayor presión del fluido de servicio. En todos los casos, la presión de diseño de la camisa en MPa se indica por separado de la presión de diseño del recipiente interior, y ambas deben figurar en el plano.
- Coste: la simple es la más barata a nivel de camisa; la de media caña y la de hoyuelos cuestan más en fabricación y ensayos. Sea honesto con la aritmética: una camisa subdimensionada que no puede mantener la temperatura de reacción no ha ahorrado nada.
- Espaciado de instalación: una camisa simple presenta un cilindro liso. Las camisas de media caña y de hoyuelos son nervadas, aumentan el diámetro exterior y hacen más voluminoso el aislamiento. Si sus recipientes quedan cerca unos de otros, o el recipiente debe pasar por una abertura existente, esa envolvente importa. Compruebe el diámetro exterior en el plano, no el diámetro nominal del recipiente.
Dos puntos más que los compradores olvidan. Primero, drenaje y venteo: una camisa simple drena por gravedad hasta un punto bajo; un serpentín de media caña drena si la espiral tiene la inclinación correcta; una camisa de hoyuelos necesita un recorrido diseñado. Segundo, un serpentín interno o tubo de inmersión le da más área dentro del recipiente, pero interfiere con el agitador y complica la limpieza. Ambos figuran junto a la camisa en las opciones de construcción estándar; decida de qué lado de la pared debe estar el área.
6. El revestimiento cambia la respuesta
En reactores con revestimiento de vidrio y revestidos de PTFE, la elección de la camisa no es solo una cuestión de transferencia de calor. El revestimiento de vidrio está clasificado para choque térmico en frío de hasta 110 °C y choque térmico en caliente de hasta 120 °C, y una camisa que aplica un alto flujo de calor en una zona de la pared crea un gradiente local más pronunciado que una uniforme. Si el servicio es agresivo, indique la temperatura del fluido de servicio y la velocidad de rampa, y deje que el límite del revestimiento —no el fluido de servicio— fije el máximo.
El revestimiento de vidrio no es adecuado para ácido fluorhídrico o medios con fluoruros, ácido fosfórico al 30 % y superior por encima de 180 °C, o álcali fuerte por encima de pH 12 a 100 °C. El tipo de camisa no cambia esa lista, pero sí cambia lo mucho que tiene que esforzarse el revestimiento para sobrevivir.
7. Qué incluir en la consulta
- Carga térmica en kW, y el valor de U que está suponiendo.
- Fluido de servicio, su temperatura de entrada y salida, y su presión en MPa.
- Velocidad de rampa requerida en °C/min, y la máxima diferencia de temperatura entre fluido de servicio y producto que permitirá.
- Volumen del recipiente en L, geometría, y si los fondos bombeados y el cono necesitan área de camisa.
- Espacio libre disponible entre recipientes en mm, y cualquier restricción de acceso en la entrada.
- Si la camisa debe drenar por completo entre lotes.
Luego pida la presión de diseño de la camisa en MPa, el área de transferencia de calor en m², el material de construcción, la norma de recipientes a presión seguida (GB/T, ASTM o ASME), el alcance de soldadura y END, el registro de ensayo de alta tensión en kV cuando el recipiente esté revestido, y el registro de prueba hidrostática. Los ensayos descritos como disponibles bajo pedido son ensayos que no se realizarán.
Qué hacer a continuación
Defina primero su carga térmica, la presión del fluido de servicio y el espacio libre en el plano. Luego pida a cada proveedor que justifique por escrito el tipo de camisa frente a esos tres números, con el área en m² y la presión de diseño en MPa. Si dos proveedores le dan tipos de camisa distintos para el mismo servicio, ese desacuerdo es el documento más útil que recibirá: léalo antes de leer el precio.