Määritelmä lämmönvaihdin

Candela Rocío Barbisan
Kemian insinööri

Paineenalainen säiliö, jossa tapahtuu energianvaihtoa kahden nesteen välillä, eli lämmön siirtyminen korkean lämpötilan vyöhykkeeltä matalan lämpötilan vyöhykkeelle. Prosessi voi olla suora, jos kaksi väliainetta ovat kosketuksissa toistensa kanssa, tai epäsuora, jos niiden välissä on toinen neste.

Lämmönsiirron perusteet

Jotta lämmön siirtyminen väliaineesta toiseen olisi tehokasta, täytyy olla liikkeellepaneva voima, tässä tapauksessa kutsumme kahden nesteen välistä lämpötilaeroa käyttövoimaksi. Tässä mielessä energia siirtyy kuumemmalta alueelta kylmemmälle alueelle.

Vaikka oletetaankin, että kaikki kuumimman vaiheen luovuttama lämpö imeytyy tai ottaa vastaan ​​kylmimmän vaiheen lämpöä, tasapaino ei ole suora, vaan lämpöhäviöitä tapahtuu.

Lämmönsiirron ilmiö perustuu termodynamiikan nollaperiaatteeseen, joka selittää tavan, jolla nesteet joutuvat kosketuksiin ne saavuttavat lämpötasapainonsa ja tasaavat lämpötilansa, jos aika ja kosketusalue ovat riittävät saavuttamaan pisteen saldo.

Typologiat

Kun puhumme typologiasta, tarkoitamme suurinta olemassa olevaa jakoa vaiheiden välisen kontaktin tyypin perusteella. Kuten hyvin sanoimme, jos median välinen kontakti on suora, ei ole muuta virtausta lämmönsiirto nesteiden välillä, että halutaan vaihtaa energiaa, sitten se reagoi sillä tavalla suoraan. Jäähdytystornit ovat tyypillinen tapaus tällaiselle vaihdolle, koska esimerkiksi jäähdytysvesi tai tornivesi tulee sisään yläosa ja alaosa virtaa vastaan ​​indusoituu ilmavirta niin, että lämpö ja massa siirtyy odotettavissa.

Toisaalta, kun puhumme epäsuorista vaihtimista, puhumme laitteista, joilla on välissä oleva lämmönsiirtopinta, kuten kiinteä tai jopa toinen sujuva. Tässä tapauksessa prosessi tapahtuu konvektiolla tai johtumalla. Useimmissa vaihtimissa massansiirtomekanismit ovat: konvektio, kun kuuma neste siirtää lämpönsä seinään putken sisällä ja sitten tämä välittää sen ulkoseinästä toiseen kosketukseen joutuneeseen nesteeseen ja toisaalta putken seinämän sisäisen johtavuuden.

Ne voidaan luokitella myös virtaustyypin mukaan: rinnakkaisvirtaus, jos virrat kulkevat samaan suuntaan, vastavirta, jos ne vaihtavat lämpöä kulkiessaan vastakkaisiin suuntiin tai poikittaisvirtaukset, kun nesteet kulkevat laitteiden läpi kohtisuorasti toisiinsa nähden.

Samoin on olemassa yksi- tai monivirtavaihtimia riippuen siitä, kuinka monta kertaa neste kulkee vaihtimen pituuden ja tulee kosketuksiin toisen vaiheen kanssa.

Lopuksi luokitus voidaan antaa sen geometrian perusteella: karkeasti löydämme: putki- ja vaippalämmönvaihtimet ja levylämmönvaihtimet. Ensimmäisessä niistä se koostuu (kuten sen nimi osoittaa) kotelosta tai kotelosta ja päistä, jotka pitävät putkikimppua sisällä. Putkien läpi kiertää tietty neste, joka vaihtaa lämpöä kotelon läpi kiertävän nesteen kanssa ja täyttää sen. Neste voi käydä läpi yhden vaiheen tai se voi käydä läpi useamman kuin yhden. Tässä tapauksessa sen rakennuskustannukset ovat korkeat; Ne voivat kuitenkin toimia korkeissa paineissa ja ne on suunniteltu tarvittavan kosketuspinnan perusteella lämmönsiirtoon, joten sen koko voi vaihdella tarpeiden mukaan käsitellä asiaa. Huolto on yksinkertaista, vaikka putket voi olla hieman vaikea puhdistaa, tämä voidaan tehdä kemiallisesti tai mekaanisesti ja on mahdollista irrottaa putken pidikelevy joidenkin tukkeutumistarkastusta varten ne.

Levylämmönvaihtimien tapauksessa ne koostuvat useista levyistä, jotka kiertävät keskenään eri vaihtonesteitä. Levyjen välissä on ilmaa. Kuten odotettiin, levyjen pinta-ala on paljon suurempi kuin putken pinta-ala, joten vaihtokapasiteetti kasvaa huomattavasti. Vaikka putkiniput toimivat korkeissa paineissa, levylämmönvaihtimien paineet on rajoitettu enintään 25 baariin. Niitä käytetään yleisesti elintarviketeollisuudessa, jossa vaaditaan äärimmäistä hygieniaa, koska rakenteensa ansiosta ne ovat helpompia puhdistaa ja estävät sedimentaatiota.