Ognuno di noi ha incontrato gli scambiatori di calore più semplici. Un esempio lampante di questo è il design di "pipe in pipe" o qualcosa del genere. Sarebbe difficile immaginare la nostra vita se lo scambiatore di calore non fosse stato inventato. Oggi ci sono un numero enorme di scambiatori di calore. Differiscono l'uno dall' altro non solo per le caratteristiche tecniche, ma anche per la portata, il design, ecc. Parliamo più in dettaglio di questo argomento e trattiamo punti interessanti.
Alcune informazioni generali
Uno scambiatore di calore è un dispositivo utilizzato per trasferire il calore da un mezzo all' altro. Allo stesso tempo, devi capire che lo scambiatore di calore stesso, senza apparecchiature di riscaldamento, è completamente inutile, ma nel complesso puoi ottenere risultati meravigliosi e riscaldare con successo anche ambienti molto grandi e freddi. Inoltre, gli scienziati hanno costantemente cercato di ridurre al minimo la perdita di calore quando viene trasferito in un altro ambiente. Oggi non è possibilevantare un'efficienza del 100%, ma possiamo tranquillamente parlare di un'efficienza del 90-95%. Le caratteristiche operative e tecniche del prodotto sono aumentate attraverso l'uso di materiali appositamente preparati, nonché un liquido di raffreddamento. Naturalmente, tutto questo aumenta un po' il prezzo dell'attrezzatura, ma ne vale la pena.
Durante la progettazione, gli ingegneri devono costantemente affrontare requisiti contrastanti che devono essere combinati in un'unica bottiglia. Ad esempio, è necessario ridurre la resistenza idraulica e contemporaneamente aumentare il coefficiente di scambio termico. Lo scambiatore di calore deve essere resistente alla corrosione, ma non troppo difficile da mantenere. Tutto ciò ha portato al fatto che sono comparsi molti tipi di scambiatori di calore. Viene utilizzato quello più adatto alla situazione.
Classificazione degli scambiatori di calore
Come notato sopra, attualmente esiste un numero enorme di scambiatori di calore. Prima di tutto, devono essere separati secondo il metodo di trasferimento del calore al mezzo. Qui gli scambiatori di calore sono suddivisi nei seguenti gruppi:
- recupero;
- rigenerativo;
- miscelazione;
- riscaldato elettricamente.
Diamo un'occhiata più da vicino agli scambiatori di calore a recupero. Il design del prodotto implica la presenza di una parete monostrato o multistrato attraverso la quale viene trasferito il calore. Di solito questo accade già in moto costante. È interessante notare che in tali dispositivi il trasferimento di calore viene effettuato con movimento forzato senza modificare la fasestati. Ma questo vale solo per scambiatori di calore a funzionamento permanente. Se parliamo di unità con una modalità di funzionamento periodica, per un certo periodo di tempo vengono eseguiti il riscaldamento, l'evaporazione e il raffreddamento e tutto questo è in modalità sequenziale. Tali dispositivi appartengono a scambiatori di calore con movimento termico instabile. Ciò è dovuto al fatto che la temperatura del liquido di raffreddamento all'ingresso e all'uscita è significativamente diversa. Spesso tali aggregati si trovano sotto forma di bobine e sono lamellari, a coste e altre forme. Un po 'più tardi vedremo diversi tipi. Ma la classificazione degli scambiatori di calore non finisce qui.
Unità di rigenerazione e riscaldamento elettrico
In questo caso, proprio come nel precedente, la superficie di scambio termico viene utilizzata per trasferire energia termica. Tuttavia, questa superficie è una specie di ugello. Svolge il ruolo di mezzo accumulativo intermedio che accumula calore. In generale, l'intero processo può essere suddiviso in più fasi. Nella prima fase, l'ugello percepisce una certa quantità di calore. Quindi c'è una transizione al secondo stadio e il liquido di raffreddamento viene trasferito sulla superficie dell'ugello. Ciò accade quando si cambia il flusso dei liquidi di raffreddamento. A questo punto, l'ugello si raffredda gradualmente e il calore accumulato viene rilasciato nell'ambiente riscaldato, che potrebbe essere la tua stanza.
I rigeneratori sono unità non stazionarie. L'ugello è spesso immobile e i processi termici vengono ripetuti in modo sincrono. I dispositivi di questo tipo sono spesso chiamati scrubber otorri di raffreddamento.
L'essenza degli scambiatori di calore riscaldati elettricamente è che l'elettricità viene utilizzata come principale fonte di calore. Le installazioni ad arco elettrico vengono utilizzate per convertire l'energia elettrica in energia termica. Possono essere sia a riscaldamento diretto che indiretto. Gli scambiatori di calore più comuni nell'industria sono i riscaldatori a induzione ea resistenza. Come puoi vedere, le apparecchiature per lo scambio di calore possono essere diverse, ora esamineremo più da vicino ogni tipo, la sua portata e le caratteristiche del design.
Scambiatori di calore a spirale
Il dispositivo è una coppia di canali a spirale. Di solito si avvolgono attorno alla partizione centrale. Per fare questo, sono realizzati con materiale laminato. Vale la pena notare che gli scambiatori di calore a spirale sono adatti per il riscaldamento e il raffreddamento di fluidi ad alta viscosità.
In generale, la superficie riscaldante è formata da due lamiere, che vengono fissate all'anima mediante una saldatura. L'unità stessa è composta da soli 2 canali, generalmente rettangolari, realizzati a forma di spirale. L'estremità della spirale (interna) ha una parete divisoria ed è fissata con perni. Gli scambiatori di calore possono essere realizzati sia in verticale che in orizzontale. Se non è possibile installarne un tipo a causa di spazio insufficiente o di una configurazione complessa della stanza, viene utilizzato il secondo, più preferibile. È anche interessante che il consumatore possa scegliere la spiralescambiatori di calore con diverse larghezze della spirale, da 20 a 150 centimetri. Allo stesso tempo la superficie riscaldante può variare da 3,2 a 100 mq con una pressione massima dell'impianto di 1 MPa.
Va notato che questa apparecchiatura per lo scambio di calore ha una serie di vantaggi significativi. In primo luogo, è una ridotta resistenza idraulica. In secondo luogo, compattezza e alta efficienza e intensità di scambio termico. Ma tutto ciò ha contribuito al fatto che c'erano degli inconvenienti sotto forma di una progettazione e una riparazione complesse.
Informazioni sugli scambiatori di calore a piastre
Attualmente vengono prodotti scambiatori di calore a piastre pieghevoli e non separabili. Naturalmente, il primo tipo è più preferibile per molte ragioni. In primo luogo, è la facilità di manutenzione. Tali apparecchiature vengono smontate e assemblate molto rapidamente, quindi qualsiasi guasto viene eliminato in breve tempo. I modelli non separabili di solito non vengono riparati e, se lo sono, molto più a lungo.
In re altà, il nome suggerisce che questa attrezzatura consiste in un pacchetto di piastre prefabbricate. Possono essere realizzati in vari materiali come rame, titanio, grafite, ecc. Quasi sempre, per migliorare le proprietà prestazionali, le lastre sono realizzate in cartone ondulato. Negli scambiatori di calore a piastre, i flussi di refrigerante freddo e caldo passano a strati.
L'attrezzatura in sé è buona perché ha un layout competente. Ciò ha permesso di aumentare l'area della superficie di scambio termico e di adattare tutto ciò a dimensioni relativamente ridotte. In ogni caso, prima dell'acquisto, viene effettuato un calcolo degli scambiatori di calore, che permette di ottenere dati su quanta potenza necessita il dispositivo in un caso particolare. Si deve comprendere che tutte le piastre che vengono accostate in una confezione formano canali tra loro a causa della stessa forma. Il fluido scorre attraverso di loro. Bene, ora esamineremo alcuni dettagli più interessanti relativi a questa attrezzatura.
Utilizzo di guarnizioni
Come notato sopra, l'elemento principale del trasferimento di calore sono le piastre. Sono stampati a freddo. Per questo vengono utilizzate leghe resistenti alla corrosione, che possono aumentare significativamente la durata e l'efficienza dell'unità. Lo spessore delle lastre, a seconda del modello, può variare da 0,4 a 1,0 mm. Nella posizione di lavoro, le piastre sono premute saldamente l'una contro l' altra. In questo caso si formano piccoli canali scanalati. Sul lato anteriore è presente una scanalatura speciale, lì è installata una guarnizione in gomma (guarnizione). Inoltre, le guarnizioni hanno fori necessari per l'alimentazione e la rimozione del fluido. In caso di rottura di uno dei fori, viene fornito un sistema di scanalature di drenaggio per evitare la miscelazione di fluido freddo e caldo.
Grazie alla creazione di una controcorrente tra i due fluidi, è stato possibile ottenere non solo un miglioramento della temperatura impostata, ma anche un trasferimento di calore più rapido con resistenze idrauliche relativamente piccole. Non sarebbe superfluo dire che il principio base di funzionamento si basa sulla controcorrente, cioè il movimento di riscaldamento efluido riscaldante in diverse direzioni. Per evitare la miscelazione, è installata una doppia guarnizione in gomma o una piastra metallica. Il numero di piastre e canali può variare a seconda delle esigenze operative dell'apparecchiatura. Prima della creazione, viene eseguito un calcolo termico degli scambiatori di calore, che consente di determinare la modalità di funzionamento ottimale. A volte vengono utilizzate leghe costose che non temono il funzionamento a lungo termine in un ambiente aggressivo.
Scambiatori di calore ad alette a piastre
PRT sono utilizzati per trasferire calore in mezzi non aggressivi e gassosi in un ampio intervallo di temperature, da -270 a +200 gradi Celsius. In questo caso, la pressione nel sistema può raggiungere le 100 atmosfere e partire dal vuoto. Il design si basa sull'idea di applicare una superficie rigata su entrambi i lati delle piastre. Il prodotto stesso è costituito da diverse nervature, grazie alle quali viene effettuato il trasferimento di calore tra i media. Vale la pena notare che è lo scambiatore di calore a piastre alettate che ha un'ampia varietà di forme di alette. Ciò consente di modificare leggermente le caratteristiche operative e tecniche. Molto spesso puoi vedere costole continue e ondulate. Ma oltre a questi, ce ne sono anche di più esotici, come quelli traforati e squamosi. La lamiera viene solitamente utilizzata come materiale. Il loro spessore è regolabile a seconda della pressione nel sistema e del fluido utilizzato.
Spesso questi tipi di scambiatori di calore sono realizzati con diversi tipi di flusso. Molto spesso viene utilizzato il controflusso, ma ci sono anchecircuiti diretti e trasversali. Se parliamo brevemente dei punti di forza di tali apparecchiature, ce ne sono molti. In primo luogo, si tratta di proprietà operative, come il trasferimento di calore rapido e intensivo. In secondo luogo, è di piccole dimensioni. Oggi molti dicono che siano gli scambiatori di calore alettati i più avanzati. Molto spesso, il PRT viene utilizzato in settori quali l'energia, la raffinazione del petrolio, l'industria chimica e l'aviazione. Tutto ciò è dovuto a un gran numero di vantaggi, nonché a un'ampia gamma di fluidi e pressioni utilizzati nel sistema.
Scambiatore di calore a fascio tubiero: design e caratteristiche
Le apparecchiature per lo scambio di calore di tipo superficiale, che abbiamo già esaminato, non sono così popolari come le unità a fascio tubiero. Questi sono solo i dispositivi menzionati all'inizio, nella versione più semplice: questo è il sistema "pipe in pipe". Uno scambiatore di calore di questo tipo è un sistema (fascio) di tubi inseriti in un involucro. I tubi vengono laminati e saldati al corpo del prodotto. In alcuni casi, sono ulteriormente scottati. Questo viene fatto per garantire una tenuta al 100%. Il corpo viene fornito con ugelli aggiuntivi. Alcuni sono necessari per l'erogazione del vapore, altri per la rimozione della condensa. Inoltre, nell'involucro sono presenti delle griglie trasversali, che servono a sostenere i tubi di scambio termico per l'intera lunghezza dell'unità. È interessante notare che gli scambiatori di calore a fascio tubiero vengono utilizzati a temperature da 190 gradi Celsius opressioni di vapore saturo superiori a 15 bar.
Qualsiasi sistema che comporti movimenti fluidi può essere soggetto a colpi d'ariete. Questo fenomeno è in grado di disattivare parzialmente o completamente l'apparecchiatura. Per evitare che ciò accada vengono utilizzati vari tipi di elementi di accumulo, i cosiddetti vasi di espansione. Ma nel nostro caso, questo non è necessario, perché gli scambiatori di calore a fascio tubiero sono molto resistenti ad essi. Inoltre, non ci sono requisiti severi per la pulizia dell'ambiente. Uno svantaggio significativo di tali apparecchiature è che tutti i tipi di scambiatori di calore di questo tipo richiedono molto metallo, il che influisce sul costo finale e sulle dimensioni.
Scambiatori di calore per apparecchiature a gas
Non è un segreto che qualsiasi caldaia a combustibile solido o a gas abbia uno scambiatore di calore nel suo design, sono anche chiamati riscaldatori. Abbiamo già considerato le tipologie principali. Come probabilmente avrai notato, questi o quei tipi sono utilizzati in vari settori. Alcuni dispositivi hanno trovato un'applicazione più ampia, altri sono utilizzati in determinati settori e non si adattano ad altri. Nel nostro caso avviene l'utilizzo di scambiatori di calore tubolari ea piastre. Nel primo caso si tratta di un sistema di tubi, nel secondo di piastre. In linea di principio, indipendentemente dal tipo, uno scambiatore di calore per un geyser deve soddisfare una serie di requisiti. In primo luogo, avere un elevato coefficiente di trasmissione del calore e, in secondo luogo, essere durevoli e resistenti alle alte temperature. I materiali più popolari sono rame, alluminio eacciaio. Quest'ultima opzione è meno preferibile, poiché un tale metallo è pesante, il che riduce l'efficienza. In ogni caso, lo scambiatore di calore per il geyser deve durare almeno 5 anni.
Conclusione
Così abbiamo esaminato i principali tipi di scambiatori di calore. Specie come il guscio e il piatto sono state lasciate senza attenzione. In linea di principio, differiscono leggermente dal classico lamellare o nervato. Ma spesso puoi trovare stufe da bagno con uno scambiatore di calore con un involucro. Tuttavia, la caratteristica fondamentale è che l'apparecchiatura è resistente alle alte temperature e pressioni di esercizio. L'alloggiamento può essere realizzato in materiali come titanio, acciaio inossidabile o acciaio al carbonio. È interessante notare che le stufe da bagno con scambiatore di calore a fascio tubiero sono ben regolate per vapore o condensa, il che, senza dubbio, è un vantaggio significativo. In linea di principio, questo può completare la storia, poiché ora sai tutto ciò di cui hai bisogno sugli scambiatori di calore.
