El concepte i el funcionament d'un intercanviador de calor de carcassa i tub són bastant simples i es basen en el flux i el contacte tèrmic de dos líquids. El nom d'un intercanviador de calor de carcassa i tub serveix com a explicació del procés, que és l'intercanvi de temperatura entre dos fluids. En un intercanviador de calor, un fluid escalfat o calent fluirà al voltant d'un fluid fred i transferirà calor en la direcció del flux del fluid fred.
En qualsevol situació en què dues peces de material entren en contacte, hi haurà un intercanvi o transferència de calor a través d'una superfície conductora. El procés d'un intercanviador de calor de carcassa i tub proporciona un lloc perquè dos fluids intercanviïn o transfereixin calor a través de metalls conductors.
En el procés d'intercanviador de calor de carcassa i tub, un fluid flueix pels tubs mentre que l'altre fluid flueix per la carcassa. Al diagrama següent, que és d'una carcassa de tub recte i un intercanviador de calor de tub, l'entrada de la carcassa per entrar el fluid de la carcassa es troba a la part superior i l'entrada del fluid del tub a la part inferior dreta.
Un intercanviador de calor de carcassa i tub té dos compartiments o seccions: el costat de la carcassa i el costat del tub. Quan es treballa amb un intercanviador de calor de carcassa i tub, és important decidir per quin costat entrarà el fluid calent i per quin entrarà el fluid fred; aquesta decisió s'anomena assignació de fluids.
Quan hi ha una diferència de pressió entre els fluids, el fluid de menor pressió entra per l'entrada de la carcassa, ja que els tubs estan dissenyats per manejar alta pressió.
El costat de la closca
Quan es determina el flux de fluid per al costat de la carcassa, és important saber que la carcassa és més car de fabricar que els tubs i és més difícil de netejar. El costat de la closca té deflectors que dirigeixen el flux del fluid a través dels feixos de tubs.
Els fluids viscosos i els fluids amb un cabal elevat es processen pel costat de la carcassa on hi ha una major turbulència i un coeficient de transferència augmentat que condueix a una millor transferència de calor. Els grans canvis de temperatura es realitzen normalment al costat de la closca.
Lateral del tub
Una necessitat pel costat del tub és crear un flux turbulent; això s'aconsegueix instal·lant turbuladors dins dels tubs a través dels forats de la làmina de tubs. Igual que la turbulència a la closca, la turbulència als tubs augmenta la capacitat de transferència de calor. Una funció secundària dels turbuladors és mantenir l'interior dels tubs net i sense embrutar. Els tubs tenen menors turbulències i caigudes de pressió i proporcionen un flux racionalitzat.
Passa
Els intercanviadors de calor de carcassa i tub poden tenir una, dues, quatre, sis o vuit passades, que s'escriuen 1-1, 1-2, 1-4, etc. El primer nombre és el nombre de petxines. El segon nombre és el nombre de passades. El nombre de passades és el nombre de vegades que el fluid passa pel fluid de la closca. En un intercanviador de calor d'una sola passada, el fluid travessa la carcassa una vegada. A mesura que augmenta el nombre de passades, augmenta el coeficient de transferència de calor.
Un intercanviador de calor de carcassa i tub en funcionament
Com es pot veure al gràfic, el fluid fred entra per l'entrada del tub o de la carcassa i s'escalfa per escalfament conductor als tubs; llavors surt processat. La imatge següent és un intercanviador de calor de carcassa i tub de dues passades.
El flux turbulent en un intercanviador de calor de carcassa i tub augmenta la velocitat de transferència de calor i evita la contaminació dels tubs i les parets de la carcassa. El flux turbulent constant té un efecte auto-netejador que garanteix un rendiment continu i òptim. Els deflectors que dirigeixen el flux a la carcassa creen la seva turbulència mentre que els turbuladors instal·lats als tubs creen la seva turbulència.
El procés d'intercanvi de calor es facilita pel contacte tèrmic entre els dos fluids continguts a la carcassa i els tubs. Un dels líquids surt més fresc mentre que l'altre surt més càlid o calent.