Definícia výmenníka tepla

Candela Rocío Barbisan
Chemický inžinier

Nádoba pod tlakom, v ktorej dochádza k výmene energie medzi dvoma tekutinami, to znamená k prenosu tepla z oblasti s vysokou teplotou do oblasti s nízkou teplotou. Proces môže byť priamy, ak sú dve médiá vo vzájomnom kontakte, alebo nepriamy, ak je medzi nimi iná tekutina.

Základy prenosu tepla

Aby bol prenos tepla z jedného média do druhého efektívny, musí existovať hnacia sila, v tomto prípade hnacou silou nazývame teplotný rozdiel oboch kvapalín. V tomto zmysle sa energia prenáša z teplejšej oblasti do chladnejšej oblasti.

Hoci sa očakáva, že všetko teplo odovzdané najteplejšou fázou je teplo absorbované alebo získané najchladnejšou fázou, rovnováha nie je priama, dochádza k tepelným stratám.

Fenomén prenosu tepla je založený na nulovom princípe termodynamiky, ktorý vysvetľuje spôsob, akým prichádzajú tekutiny do kontaktu dosahujú svoju tepelnú rovnováhu, vyrovnávajúc svoju teplotu, ak je čas a plocha kontaktu dostatočné na dosiahnutie bodu rovnováhu.

Typológie

Keď hovoríme o typológii, máme na mysli najväčšie rozdelenie, ktoré existuje na základe typu kontaktu medzi fázami. Ako sme dobre povedali, ak je kontakt medzi médiami priamy, to znamená, že neexistuje žiadny iný tok prestupom tepla medzi tekutinami, ktoré je potrebné na výmenu energie, potom reaguje takým spôsobom rovno. Chladiace veže sú typickým prípadom tohto typu výmeny, pretože napríklad chladiaca voda alebo voda z veží vstupuje cez hornou časťou a spodnou časťou proti prúdu sa indukuje prúd vzduchu, takže dochádza k prenosu tepla a hmoty očakávané.

Na druhej strane, keď hovoríme o nepriamych výmenníkoch, hovoríme o zariadeniach, ktoré majú medziľahlý teplovýmenný povrch, ako je pevný alebo dokonca iný plynulé. V tomto prípade sa proces vyskytuje s konvekciou alebo vedením. Vo väčšine výmenníkov sú mechanizmy prenosu hmoty: konvekcia, keď horúca kvapalina odovzdáva svoje teplo stene vnútri rúrky a potom to prenáša z vonkajšej steny na inú tekutinu, ktorá je v kontakte, a na druhej strane vnútorné vedenie v stene rúrky.

Môžu byť tiež klasifikované podľa typu toku: paralelný tok, ak prúdy idú rovnakým smerom, protiprúd, ak si vymieňajú teplo pri pohybe v opačných smeroch alebo krížový tok, keď tekutiny prechádzajú zariadením kolmo na seba.

Rovnako tak existujú jednopriechodové alebo viacpriechodové výmenníky, v závislosti od toho, koľkokrát tekutina prejde po dĺžke výmenníka a dostane sa do kontaktu s druhou fázou.

Nakoniec možno klasifikáciu uviesť na základe jej geometrie: zhruba nájdeme: rúrkové a plášťové výmenníky tepla a doskové výmenníky tepla. V prvom z nich pozostáva (ako naznačuje jeho názov) z plášťa alebo plášťa a hláv, ktoré držia zväzok rúrok vo vnútri. Cez rúrky cirkuluje určitá tekutina, ktorá si vymieňa teplo s tekutinou, ktorá cirkuluje cez puzdro a zaplavuje ho. Kvapalina môže prejsť jedným krokom alebo môže prejsť viacerými krokmi. V tomto prípade sú jeho stavebné náklady vysoké; môžu však pracovať pri vysokých tlakoch a sú navrhnuté na základe potrebnej kontaktnej plochy na prenos tepla, takže jeho veľkosť sa môže meniť podľa potrieb proces. Údržba je jednoduchá, aj keď sa rúry môžu trochu ťažko čistiť, dá sa to urobiť chemicky alebo mechanicky a je možné odstrániť dosku držiaka trubice pre kontrolu upchatia niektorých z nich oni.

V prípade doskových výmenníkov tepla sú tieto tvorené niekoľkými doskami, ktoré sú rozptýlené a cez každú z nich cirkulujú rôzne výmenné kvapaliny. Medzi doskami je vzduch. Ako sa očakávalo, plocha dosiek je oveľa väčšia ako plocha trubice, takže kapacita výmeny je výrazne zvýšená. Zatiaľ čo zväzky rúr pracujú pri vysokých tlakoch, doskové výmenníky tepla sú obmedzené na tlaky nie väčšie ako 25 barov. Vo všeobecnosti sa používajú v potravinárskom priemysle, kde sa vyžaduje extrémna hygienická starostlivosť, pretože vďaka svojej štruktúre sa ľahšie čistia a zabraňujú usadzovaniu.