A hőcserélő definíciója

Candela Rocío Barbisan
Vegyészmérnök

Nyomás alatt álló tartály, amelyben két folyadék között energiacsere történik, azaz hőátadás történik a magas hőmérsékletű zónából az alacsony hőmérsékletű zónába. A folyamat lehet közvetlen, ha a két közeg érintkezik egymással, vagy közvetett, ha más folyadék áll közöttük.

A hőátadás alapjai

Ahhoz, hogy a hő átadása egyik közegből a másikba hatékony legyen, hajtóerőnek kell lennie, ebben az esetben a két folyadék közötti hőmérsékletkülönbséget nevezzük hajtóerőnek. Ebben az értelemben az energia a melegebb területről a hidegebb területre kerül át.

Bár várhatóan a legmelegebb fázis által leadott összes hőt a leghidegebb fázis veszi fel vagy nyeri el, az egyensúly nem közvetlen, hőveszteségek lépnek fel.

A hőátadás jelensége a termodinamika nulla elvén alapul, amely megmagyarázza a folyadékok érintkezésének módját akkor érik el termikus egyensúlyukat, kiegyenlítik a hőmérsékletüket, ha az idő és az érintkezési terület elegendő ahhoz, hogy elérjék a egyensúly.

Tipológiák

Amikor tipológiáról beszélünk, a fázisok közötti érintkezés típusa alapján létező legnagyobb felosztásra utalunk. Jól mondtuk, ha a médiumok közötti kapcsolat közvetlen, vagyis nincs más áramlás hőátadás a folyadékok között, hogy energiát kíván cserélni, akkor az úgy reagál egyenes. A hűtőtornyok az ilyen típusú cserék tipikus esetei, mivel például a hűtővíz vagy a toronyvíz a felső része, alsó része pedig az árammal szemben légáramot indukál, hogy megtörténjen a hő- és tömegátadás várt.

Másrészt, amikor közvetett hőcserélőkről beszélünk, olyan berendezésekről beszélünk, amelyek rendelkeznek közbenső hőátadó felület, például szilárd vagy akár másik folyékony. Ebben az esetben a folyamat konvekcióval vagy vezetéssel történik. A legtöbb hőcserélőben az anyagátadó mechanizmusok: konvekció, amikor a forró folyadék átadja hőjét a falnak egy cső belsejében, majd ez továbbítja azt a külső faltól a másik érintkező folyadékhoz, másrészt a cső falában a belső vezetést.

Az áramlás típusa alapján is osztályozhatók: párhuzamos áramlás, ha az áramok azonos irányba haladnak, ellenáram, ha ellentétes irányú utazáskor hőt cserélnek, vagy keresztirányú áramlást, amikor a folyadékok egymásra merőlegesen haladnak át a berendezésen.

Hasonlóképpen léteznek egy- vagy többjáratú hőcserélők, attól függően, hogy a folyadék hányszor haladja meg a hőcserélő hosszát és érintkezik a másik fázissal.

Végül a besorolás geometriája alapján megadható: nagyjából a következőket találjuk: cső- és héjhőcserélők és lemezes hőcserélők. Az elsőben (ahogy a neve is mutatja) egy burkolatból vagy tokból és fejekből áll, amelyek a csőköteget belül tartják. A csöveken keresztül egy bizonyos folyadék kering, amely hőt cserél a burkolaton át keringő folyadékkal, elárasztva azt. A folyadék áthaladhat egy lépésen vagy többen is. Ebben az esetben az építési költsége magas; azonban nagy nyomáson is működhetnek, és a szükséges érintkezési felület alapján vannak kialakítva hőátadásra, így mérete az igényeknek megfelelően változhat a folyamat. A karbantartás egyszerű, bár a csöveket kissé nehéz tisztítani, ezt meg lehet tenni vegyileg vagy mechanikusan, és lehetséges a csőtartó lemez eltávolítása egyesek eltömődésének ellenőrzéséhez ők.

A lemezes hőcserélők esetében ezek több lemezből állnak, amelyek közbeiktatva keringetik mindegyiken keresztül a különböző cserélőfolyadékokat. A lemezek között levegő van. Amint az várható volt, a lemezek területe sokkal nagyobb, mint egy cső területe, így a cserekapacitás jelentősen megnő. Míg a csőkötegek nagy nyomáson működnek, a lemezes hőcserélők nyomása legfeljebb 25 bar lehet. Általában az élelmiszeriparban használják, ahol rendkívüli higiéniai odafigyelést igényelnek, mivel szerkezetüknek köszönhetően könnyebben tisztíthatók és megakadályozzák az ülepedést.