Definice tepelného výměníku

Candela Rocío Barbisan
Chemický inženýr

Nádoba pod tlakem, ve které dochází k výměně energie mezi dvěma tekutinami, to znamená k přenosu tepla z oblasti vysoké teploty do zóny nízké teploty. Proces může být přímý, pokud jsou obě média ve vzájemném kontaktu, nebo nepřímý, pokud je mezi nimi jiná tekutina.

Základy přenosu tepla

Aby byl přenos tepla z jednoho média do druhého účinný, musí existovat hnací síla, v tomto případě hnací silou nazýváme teplotní rozdíl obou kapalin. V tomto smyslu se energie přenáší z teplejší oblasti do chladnější oblasti.

Ačkoli se očekává, že veškeré teplo odevzdané nejteplejší fází je teplo absorbováno nebo získáno nejchladnější fází, bilance není přímá, dochází k tepelným ztrátám.

Fenomén přenosu tepla je založen na nulovém principu termodynamiky, který vysvětluje způsob, jakým přicházejí tekutiny do kontaktu dosáhnou své tepelné rovnováhy a vyrovnají své teploty, pokud je čas a plocha kontaktu dostačující k dosažení bodu Zůstatek.

Typologie

Když mluvíme o typologii, máme na mysli největší rozdělení, které existuje na základě typu kontaktu mezi fázemi. Jak jsme dobře řekli, pokud je kontakt mezi médii přímý, to znamená, že neexistuje žádný jiný tok přenos tepla mezi tekutinami, které je žádoucí pro výměnu energie, pak reaguje takovým způsobem rovný. Chladicí věže jsou typickým případem tohoto typu výměny, protože například chladicí voda nebo voda z věží vstupuje přes horní částí a spodní částí proti proudu se indukuje proud vzduchu, takže dochází k přenosu tepla a hmoty očekávaný.

Na druhou stranu, když mluvíme o nepřímých výměnících, mluvíme o zařízení, které má mezilehlý teplosměnný povrch, jako je pevný nebo dokonce jiný plynulý. V tomto případě se proces vyskytuje s konvekcí nebo vedením. U většiny výměníků jsou mechanismy přenosu hmoty: konvekcí, kdy horká tekutina předává své teplo stěně uvnitř trubice a pak to přenáší z vnější stěny na další tekutinu, která je v kontaktu, a na druhé straně vnitřní vedení ve stěně trubky.

Mohou být také klasifikovány podle typu toku: paralelní tok, pokud proudy jdou stejným směrem, protiproud, pokud si vyměňují teplo při pohybu v opačných směrech nebo kříží tok, když tekutiny procházejí zařízením navzájem kolmo.

Stejně tak existují jednoprůchodové nebo víceprůchodové výměníky, v závislosti na tom, kolikrát tekutina urazí délku výměníku a přijde do kontaktu s druhou fází.

Nakonec lze klasifikaci uvést na základě její geometrie: zhruba najdeme: trubkové a plášťové výměníky tepla a deskové výměníky tepla. V prvním z nich se skládá (jak naznačuje jeho název) z pouzdra nebo pouzdra a hlav, které drží svazek trubek uvnitř. Prostřednictvím trubek cirkuluje určitá tekutina, která si vyměňuje teplo s tekutinou, která cirkuluje skrz plášť a zaplavuje jej. Kapalina může projít jedním krokem nebo může projít více než jedním. V tomto případě jsou jeho stavební náklady vysoké; mohou však pracovat při vysokých tlacích a jsou navrženy na základě potřebné kontaktní plochy pro přenos tepla, takže jeho velikost se může lišit podle potřeb proces. Údržba je jednoduchá, i když může být čištění trubek poněkud obtížné, lze to provést chemicky nebo mechanicky a je možné vyjmout desku držáku trubky pro kontrolu ucpání některých z nich ony.

V případě deskových výměníků tepla se skládají z několika desek, které jsou rozptýleny a skrze každou z nich cirkulují různé výměnné kapaliny. Mezi deskami je vzduch. Jak se očekávalo, plocha desek je mnohem větší než plocha trubky, takže kapacita výměny je výrazně zvýšena. Zatímco svazky trubek pracují při vysokých tlacích, deskové výměníky tepla jsou omezeny na tlaky ne větší než 25 barů. Obecně se používají v potravinářském průmyslu, kde je vyžadována extrémní hygienická péče, protože díky své struktuře se snadněji čistí a zabraňují usazování.