Una guida per principianti agli scambiatori di calore

Cos'è uno scambiatore di calore? Il termine "scambiatori di calore" significa poco per molte persone, a meno che non si operi nel settore HVAC, riscaldamento o raffreddamento di processo o altre applicazioni industriali. Tuttavia, qualunque sia la vostra comprensione degli scambiatori di calore, una cosa è sempre vera:

Il mantenimento delle temperature operative degli ambienti d'ufficio o dei fluidi industriali è vitale sia per il comfort che per la produzione.

Molte aziende richiedono condizioni ambientali specifiche per il lavoro che svolgono, altre devono mantenere la temperatura dei fluidi per la produzione e la produzione basate sui processi. È qui che entrano in gioco gli scambiatori di calore e la loro capacità di raffreddare o riscaldare ambienti o sistemi di lavorazione come richiesto per mantenere le condizioni ambientali e l'efficienza operativa.

Le apparecchiature per il trasferimento del calore possono svolgere diverse funzioni essenziali sia in riscaldamento che in raffreddamento. A volte, questi sistemi possono catturare il calore e dirigerlo altrove, come l’aria esterna per smaltirlo, o verso altre applicazioni necessarie per aumentare l’efficienza e risparmiare denaro. Altri scambiatori di calore mantengono i macchinari o i prodotti chimici utilizzati nella lavorazione entro temperature operative sicure.

È fondamentale che i gestori delle operazioni edili, degli impianti e delle strutture comprendano i diversi tipi di scambiatori di calore disponibili per le loro esigenze per aiutarli a selezionare il sistema giusto per la loro applicazione. È altrettanto importante capire come mantenerlo correttamente per garantirne la massima durata ed efficienza.

Cos'è uno scambiatore di calore?

Gli scambiatori di calore trasferiscono l'energia termica da un mezzo a un altro (liquido, vapore o gas).

Esistono due tipi principali di scambiatori di calore:

Uno degli scenari più comuni negli impianti e nelle operazioni di lavorazione riguarda le situazioni che richiedono riscaldamento o raffreddamento. Gli scambiatori di calore sono comunemente utilizzati nella refrigerazione, nel condizionamento dell'aria, nelle centrali elettriche, nei sistemi di trattamento chimico, nella produzione, nelle unità di recupero del calore di scarto e nelle applicazioni di trasformazione alimentare.

Come funzionano gli scambiatori di calore?

Gli scambiatori di calore si basano sul principio di equalizzazione per trasferire il calore tra mezzi e fluidi. Il trasferimento di calore avviene quando:

Quali tipi di scambiatori di calore esistono?

Molte tecnologie possono rimuovere il calore dai materiali. Tuttavia, quando si fa riferimento agli “scambiatori di calore”, la maggior parte delle persone li identifica in una delle due categorie.

Qual è la differenza tra uno scambiatore di calore a fascio tubiero e uno scambiatore di calore a piastre e telaio?

Uno scambiatore di calore a fascio tubiero consente a due fluidi di lavoro di scambiare calore tramite il contatto termico tra tubi alloggiati all'interno di un guscio cilindrico. Le temperature del fluido all'interno del mantello e del tubo differiscono; questa differenza di temperatura guida lo scambio di temperatura.

Alcuni semplici esempi di scambiatori di calore a fascio tubiero includono le caldaie, che riscaldano l'acqua tramite tubi che contengono materiali combusti. Un altro include un refrigeratore che utilizza refrigerante refrigerato per trasferire il calore dall'acqua per raffreddarla per l'uso in applicazioni HVAC o di raffreddamento di processo.

D'altro canto, uno scambiatore di calore a piastre e telaio utilizza una serie di piastre ondulate assemblate tra un telaio e piastre di pressione per trattenere la pressione e trasferire il calore. Il fluido caldo scorre in una direzione attraverso camere alternate, mentre il fluido freddo scorre attraverso altre camere alternate. Il trasferimento di calore avviene quando i fluidi caldi e freddi si muovono attraverso queste camere.

Sebbene entrambi i tipi siano facilmente disponibili, concentreremo la nostra discussione sugli scambiatori di calore a piastre e telaio, poiché sono tra gli scambiatori di calore più comuni in uso oggi.

Gli scambiatori di calore a piastre e telaio eseguono lo scambio liquido-liquido a pressioni da basse a medie. Un'altra opzione è uno scambiatore di calore a piastre e telaio senza guarnizioni, che funziona in sicurezza a temperature e pressioni elevate.

Gli scambiatori di calore a piastre e telaio realizzano lo scambio di calore e resistono alle incrostazioni grazie a un design che comprende piastre ondulate su un telaio. I fluidi viaggiano all'interno dello scambiatore di calore mentre il fluido caldo scorre lungo una piastra e il fluido freddo scorre lungo l'altra piastra.