Definitie van warmtewisselaar

Candela Rocio Barbisan
Chemisch ingenieur

Houder onder druk waarin een uitwisseling van energie tussen twee vloeistoffen plaatsvindt, dat wil zeggen een overdracht van warmte van een zone met hoge temperatuur naar een zone met lage temperatuur. Het proces kan direct zijn, als de twee media met elkaar in contact staan, of indirect als er een andere vloeistof tussen staat.

Grondbeginselen van warmteoverdracht

Om de overdracht van warmte van het ene medium naar het andere effectief te laten zijn, moet er een drijvende kracht zijn, in dit geval noemen we het temperatuurverschil tussen de twee vloeistoffen de drijvende kracht. In die zin wordt energie overgedragen van het hetere gebied naar het koudere gebied.

Hoewel verwacht wordt dat alle warmte die door de heetste fase wordt afgegeven warmte is die wordt opgenomen of gewonnen door de koudste fase, is de balans niet direct, er zijn warmteverliezen.

Het fenomeen warmteoverdracht is gebaseerd op het nulprincipe van de thermodynamica, dat de manier verklaart waarop vloeistoffen met elkaar in contact komen ze bereiken hun thermisch evenwicht en brengen hun temperaturen gelijk als de tijd en het contactgebied voldoende zijn om het punt van te bereiken evenwicht.

Typologieën

Als we het hebben over typologie, verwijzen we naar de grootste indeling die er bestaat op basis van het type contact tussen fasen. Zoals we terecht zeiden, als het contact tussen de media direct is, is er geen andere stroom van warmteoverdracht tussen de vloeistoffen dat het gewenst is om energie uit te wisselen, dan reageert het op zo'n manier direct. Koeltorens zijn een typisch geval van dit type uitwisseling, omdat bijvoorbeeld koelwater of torenwater via de bovenste deel en door het onderste deel tegen de stroom in wordt een luchtstroom geïnduceerd zodat er overdracht van warmte en massa plaatsvindt verwacht.

Aan de andere kant, als we verwijzen naar indirecte wisselaars, hebben we het over apparatuur die dat wel heeft een tussenliggend warmteoverdrachtsoppervlak, zoals een vaste stof of zelfs een ander vloeiend. In dit geval vindt het proces plaats met convectie of geleiding. In de meeste wisselaars zijn de massaoverdrachtsmechanismen door: convectie, wanneer de hete vloeistof zijn warmte naar de muur overbrengt binnenkant van een buis en dit brengt het vervolgens over van de buitenwand naar de andere vloeistof die in contact staat en, aan de andere kant, interne geleiding in de buiswand.

Ze kunnen ook worden geclassificeerd op basis van het type stroming: parallelle stroming, als de stromingen in dezelfde richting gaan, tegenstroom, als ze warmte uitwisselen wanneer ze in tegengestelde richtingen reizen of als ze dwarsstromen wanneer de vloeistoffen loodrecht op elkaar door de apparatuur gaan.

Evenzo zijn er single-pass of multi-pass wisselaars, afhankelijk van hoe vaak de vloeistof de lengte van de wisselaar aflegt en in contact komt met de andere fase.

Ten slotte kan de classificatie worden gegeven op basis van de geometrie: ruwweg vinden we: buis- en schaalwarmtewisselaars en platenwarmtewisselaars. In de eerste bestaat het (zoals de naam al aangeeft) uit een omhulsel of omhulsel en koppen die de bundel buizen erin houden. Door de buizen circuleert een bepaalde vloeistof die warmte uitwisselt met de vloeistof die door de behuizing circuleert, waardoor deze onder water komt te staan. De vloeistof kan een enkele stap doorlopen of er kunnen er meer dan één doorlopen. In dit geval zijn de bouwkosten hoog; ze kunnen echter bij hoge drukken werken en zijn ontworpen op basis van het noodzakelijke contactoppervlak voor warmteoverdracht, dus de grootte kan variëren afhankelijk van de behoeften van de proces. Het onderhoud is eenvoudig, hoewel de buizen misschien wat moeilijk schoon te maken zijn, kan dit worden gedaan chemisch of mechanisch en het is mogelijk om de buishouderplaat te verwijderen voor inspectie van een deel van de verstopping zij.

In het geval van platenwarmtewisselaars zijn ze opgebouwd uit verschillende platen die, afgewisseld, door elk van hen de verschillende uitwisselingsvloeistoffen laten circuleren. Tussen de platen zit lucht. Zoals verwacht is het oppervlak van de platen veel groter dan het oppervlak van een buis, waardoor de uitwisselingscapaciteit enorm wordt vergroot. Terwijl buizenbundels werken bij hoge drukken, zijn platenwarmtewisselaars beperkt tot drukken van maximaal 25 bar. Ze worden over het algemeen gebruikt in de voedingsindustrie, waar extreme hygiëne vereist is, omdat ze door hun structuur gemakkelijker schoon te maken zijn en bezinking voorkomen.