Ορισμός του εναλλάκτη θερμότητας
Αξιοπιστία Ηλεκτρική αντίσταση / / April 02, 2023
ΧΗΜΙΚΟΣ ΜΗΧΑΝΙΚΟΣ
Δοχείο υπό πίεση στο οποίο γίνεται ανταλλαγή ενέργειας μεταξύ δύο ρευστών, δηλαδή μεταφορά θερμότητας από ζώνη υψηλής θερμοκρασίας σε ζώνη χαμηλής θερμοκρασίας. Η διαδικασία μπορεί να είναι άμεση, εάν τα δύο μέσα βρίσκονται σε επαφή μεταξύ τους, ή έμμεση εάν υπάρχει άλλο ρευστό που βρίσκεται ανάμεσά τους.
Βασικές αρχές μεταφοράς θερμότητας
Για να είναι αποτελεσματική η μεταφορά θερμότητας από το ένα μέσο στο άλλο, πρέπει να υπάρχει μια κινητήρια δύναμη, στην περίπτωση αυτή, ονομάζουμε κινητήρια δύναμη τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των δύο ρευστών. Με αυτή την έννοια, η ενέργεια μεταφέρεται από την θερμότερη περιοχή στην ψυχρότερη περιοχή.
Αν και αναμένεται ότι όλη η θερμότητα που δίνεται από την πιο καυτή φάση απορροφάται θερμότητα ή αποκτάται από την ψυχρότερη φάση, η ισορροπία δεν είναι άμεση, υπάρχουν απώλειες θερμότητας.
Το φαινόμενο της μεταφοράς θερμότητας βασίζεται στη μηδενική αρχή της θερμοδυναμικής, η οποία εξηγεί τον τρόπο με τον οποίο τα ρευστά έρχονται σε επαφή φτάνουν στη θερμική τους ισορροπία, εξισώνοντας τις θερμοκρασίες τους εάν ο χρόνος και η περιοχή επαφής είναι αρκετά επαρκής για να φτάσουν στο σημείο ισορροπία.
Τυπολογίες
Όταν μιλάμε για τυπολογία, αναφερόμαστε στη μεγαλύτερη διαίρεση που υπάρχει με βάση το είδος της επαφής μεταξύ των φάσεων. Όπως καλά είπαμε, αν η επαφή μεταξύ των μέσων είναι άμεση, δεν υπάρχει δηλαδή άλλη ροή μεταφορά θερμότητας μεταξύ των ρευστών που επιθυμείται η ανταλλαγή ενέργειας, τότε ανταποκρίνεται με τέτοιο τρόπο ευθεία. Οι πύργοι ψύξης είναι μια τυπική περίπτωση αυτού του τύπου ανταλλαγής, καθώς, για παράδειγμα, το νερό ψύξης ή το νερό του πύργου εισέρχεται μέσω του πάνω μέρος και, από το κάτω μέρος, σε αντίθεση με το ρεύμα, προκαλείται ρεύμα αέρα έτσι ώστε να υπάρχει η μεταφορά θερμότητας και μάζας αναμενόμενος.
Από την άλλη, όταν αναφερόμαστε σε έμμεσους εναλλάκτες, μιλάμε για εξοπλισμό που έχει μια ενδιάμεση επιφάνεια μεταφοράς θερμότητας, όπως ένα στερεό ή ακόμα και μια άλλη ευφραδής. Σε αυτή την περίπτωση, η διαδικασία συμβαίνει με συναγωγή ή αγωγή. Στους περισσότερους εναλλάκτες, οι μηχανισμοί μεταφοράς μάζας γίνονται με: συναγωγή, όταν το ζεστό ρευστό μεταφέρει τη θερμότητά του στον τοίχο εσωτερικό ενός σωλήνα και στη συνέχεια αυτό το μεταδίδει από το εξωτερικό τοίχωμα στο άλλο ρευστό που έρχεται σε επαφή και, από την άλλη πλευρά, την εσωτερική αγωγιμότητα στο τοίχωμα του σωλήνα.
Μπορούν επίσης να ταξινομηθούν με βάση τον τύπο της ροής: παράλληλη ροή, εάν τα ρεύματα κινούνται προς την ίδια κατεύθυνση, αντίθετο ρεύμα, εάν ανταλλάσσουν θερμότητα όταν ταξιδεύουν σε αντίθετες κατευθύνσεις ή, διασταυρώνονται όταν τα υγρά ταξιδεύουν μέσω του εξοπλισμού κάθετα μεταξύ τους.
Ομοίως, υπάρχουν εναλλάκτες μονής ή πολλαπλής διέλευσης, ανάλογα με το πόσες φορές το ρευστό διανύει το μήκος του εναλλάκτη και έρχεται σε επαφή με την άλλη φάση.
Τέλος, η ταξινόμηση μπορεί να δοθεί με βάση τη γεωμετρία του: χονδρικά βρίσκουμε: εναλλάκτες θερμότητας σωλήνα και κελύφους και εναλλάκτες θερμότητας πλάκας. Στο πρώτο από αυτά, αποτελείται (όπως υποδηλώνει το όνομά του) από ένα περίβλημα ή περίβλημα και κεφαλές που συγκρατούν τη δέσμη των σωλήνων μέσα. Μέσα από τους σωλήνες κυκλοφορεί ένα ορισμένο ρευστό που ανταλλάσσει θερμότητα με το ρευστό που κυκλοφορεί μέσα από το περίβλημα, πλημμυρίζοντας το. Το υγρό μπορεί να περάσει από ένα μόνο βήμα ή μπορεί να περάσει από περισσότερα από ένα. Σε αυτή την περίπτωση, το κόστος κατασκευής του είναι υψηλό. Ωστόσο, μπορούν να λειτουργήσουν σε υψηλές πιέσεις και έχουν σχεδιαστεί με βάση την απαραίτητη περιοχή επαφής για μεταφορά θερμότητας, οπότε το μέγεθός του μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με τις ανάγκες του επεξεργάζομαι, διαδικασία. Η συντήρηση είναι απλή, αν και οι σωλήνες μπορεί να είναι κάπως δύσκολο να καθαριστούν, αυτό μπορεί να γίνει χημικά ή μηχανικά και είναι δυνατή η αφαίρεση της πλάκας συγκράτησης σωλήνα για επιθεώρηση απόφραξης ορισμένων αυτοί.
Στην περίπτωση των πλακών εναλλάκτη θερμότητας, αποτελούνται από πολλές πλάκες που, διάσπαρτες, κυκλοφορούν μέσα από καθεμία από αυτές τα διαφορετικά ρευστά ανταλλαγής. Ανάμεσα στις πλάκες υπάρχει αέρας. Όπως αναμενόταν, η περιοχή των πλακών είναι πολύ μεγαλύτερη από την επιφάνεια ενός σωλήνα, επομένως η ικανότητα ανταλλαγής αυξάνεται σημαντικά. Ενώ οι δέσμες σωλήνων λειτουργούν σε υψηλές πιέσεις, οι πλακοειδείς εναλλάκτες θερμότητας περιορίζονται σε πιέσεις όχι μεγαλύτερες από 25 bar. Χρησιμοποιούνται γενικά στη βιομηχανία τροφίμων, όπου απαιτείται εξαιρετική φροντίδα υγιεινής, αφού λόγω της δομής τους καθαρίζονται ευκολότερα και αποτρέπουν την καθίζηση.