Definizione di scambiatore di calore

Candela Rocio Barbisan
Ingegnere chimico

Contenitore in pressione in cui avviene uno scambio di energia tra due fluidi, cioè un trasferimento di calore da una zona ad alta temperatura ad una zona a bassa temperatura. Il processo può essere diretto, se i due mezzi sono in contatto tra loro, o indiretto se c'è un altro fluido che si frappone tra loro.

Fondamenti di trasmissione del calore

Affinché il trasferimento di calore da un mezzo all'altro sia efficace, deve esserci una forza motrice, in questo caso chiamiamo forza motrice la differenza di temperatura tra i due fluidi. In questo senso, l'energia viene trasferita dalla zona più calda alla zona più fredda.

Sebbene ci si aspetti che tutto il calore ceduto dalla fase più calda sia calore assorbito o guadagnato dalla fase più fredda, il bilancio non è diretto, ci sono perdite di calore.

Il fenomeno del trasferimento di calore si basa sul Principio Zero della Termodinamica, che spiega il modo in cui i fluidi entrano in contatto raggiungono il loro equilibrio termico, eguagliando le loro temperature se il tempo e l'area di contatto sono sufficientemente adeguati per raggiungere il punto di bilancia.

Tipologie

Quando si parla di tipologia si fa riferimento alla più grande divisione esistente in base al tipo di contatto tra le fasi. Come abbiamo ben detto, se il contatto tra i media è diretto, cioè non c'è altro flusso di trasferimento di calore tra i fluidi che si desidera scambiare energia, allora risponde in tal modo Dritto. Le torri evaporative sono un caso tipico di questo tipo di scambio, in quanto, ad esempio, l'acqua di raffreddamento o di torre entra attraverso il parte superiore e, dalla parte inferiore, controcorrente, viene indotta una corrente d'aria in modo che vi sia trasferimento di calore e massa previsto.

D'altra parte, quando ci riferiamo agli scambiatori indiretti, parliamo di apparecchiature che hanno una superficie di scambio termico intermedia, come un solido o anche un altro fluente. In questo caso, il processo avviene per convezione o conduzione. Nella maggior parte degli scambiatori i meccanismi di trasferimento di massa sono per: convezione, quando il fluido caldo trasferisce il proprio calore alla parete interno di un tubo e quindi questo lo trasmette dalla parete esterna all'altro fluido a contatto e, invece, conduzione interna nella parete del tubo.

Possono essere classificati anche in base al tipo di flusso: flusso parallelo, se le correnti viaggiano nella stessa direzione, controcorrente, se scambiano calore viaggiando in direzioni opposte o, flusso incrociato quando i fluidi attraversano l'apparecchiatura perpendicolarmente tra loro.

Allo stesso modo, esistono scambiatori a passaggio singolo o multi passaggio, a seconda di quante volte il fluido percorre la lunghezza dello scambiatore ed entra in contatto con l'altra fase.

Infine, la classificazione può essere data in base alla sua geometria: approssimativamente troviamo: scambiatori di calore a fascio tubiero e scambiatori di calore a piastre. Nel primo di essi è costituito (come indica il nome) da un involucro o involucro e da testate che trattengono all'interno il fascio di tubi. Attraverso i tubi circola un certo fluido che scambia calore con il fluido che circola attraverso l'involucro, allagandolo. Il fluido può passare attraverso un singolo passaggio o può attraversarne più di uno. In questo caso il suo costo di realizzazione è elevato; tuttavia, possono funzionare a pressioni elevate e sono progettati in base all'area di contatto necessaria per il trasferimento di calore, quindi la sua dimensione può variare in base alle esigenze del processi. La manutenzione è semplice, sebbene i tubi possano essere un po' difficili da pulire, questo può essere fatto chimicamente o meccanicamente ed è possibile rimuovere la piastra portatubi per il controllo dell'intasamento di alcuni dei Essi.

Nel caso di scambiatori di calore a piastre, sono costituiti da più piastre che, intervallate, fanno circolare attraverso ciascuna di esse i diversi fluidi di scambio. Tra i piatti c'è aria. Come previsto, l'area delle piastre è molto più grande dell'area di un tubo, quindi la capacità di scambio è notevolmente aumentata. Mentre i fasci tubieri lavorano ad alte pressioni, gli scambiatori di calore a piastre sono limitati a pressioni non superiori a 25 bar. Sono generalmente utilizzati nell'industria alimentare, dove è richiesta un'estrema cura igienica, poiché grazie alla loro struttura sono più facili da pulire e impediscono la sedimentazione.