Dimensionarea Tehnologică a unui Schimbător de Căldură

1.Introducere

Un schimbător de căldură este un echipament de transfer termic în care are loc procesul de transfer de căldurăîntre două fluide. Acest proces decurge întotdeauna conform principiului al doilea al termodinamicii,astfel fluidul cald cedează căldură iar fluidul rece primeşte acesta căldură.

Schimbatoarele de caldură se clasifică după mai multe criterii, cele mai importante fiind:

-după modul de transfer termic schimbătoarele se împart trei clase de aparate: schimbatoare de caldură de suprafaţă (la care transmiterea căldurii se face printr-un perete despărțitor, considerată suprafață de separație), schimbatoare de caldură prin amestec (la care transferul de căldură este însoţit si de transfer de masă) şi schimbatoare de căldură cu fluid intermediar stationar.

-după procesul principal de transfer de căldură : preîncălzitoare, răcitoare, refierbătoare, recuperatoare de căldură,vaporizatoare, condensatoare.

-după tipul constructiv al aparatului deosebim : schimbătoare de căldură de tip tub în tub, răcitoare şi condensatoare cu serpentină scufundată, răcitoare şi condensatoare cu aer, schimbătoare de căldură cu plăci,răcitoare şi condensatoare prin contact direct, schimbătoare de căldură cu fascicul tubular în manta.

Schimbatoarele de căldură de tip fascicul tubular în manta

Schimbătoarele de căldură cu fascicul tubular în manta sunt cele mai utilizate tipuri de schimbătoare. Ele prezintă o arie specific de transfer de căldură relativ mare (18-40 m2/m3, în raport cu 4-15 m2/m3 la schimbătoarele tub în tub) şi un consum specific de metalrelativ redus (35-80 kg/m2, în raport cu aproximativ 175 kg/m2 la schimbătoarele tub în tub).

Alegerea trecerii fluidelor prin tuburi sau manta se face după următoarele criterii, care nu pot fi întotdeauna respectate:

— fluidul cu temperatură mai mare se trece prin tuburi, pentru a se reduce pierderea de căldură către mediul ambiant;

— fluidul cu debit volumic mai mare se trece prin manta;

— fluidul cu presiune mai mare se trece prin tuburi, acestea rezistînd la o presiuneridicată mai uşor decît mantaua;

— fluidul pentru care se doreşte o cădere de presiune mai mică se trece prin manta;

— fluidul care depune mai multă murdărie se trece prin tuburi, pentru că acestea se curăţă mai uşor , prin demontarea capacelor;

— fluidul mai coroziv se trece prin tuburi, pentru că acestea pot fi înlocuite sau izolate mai uşor.

Creşterea coeficientului de convecţie în interiorul tuburilor se poate obţine prin creşterea vitezei fluidului (acest avantaj este însoţit de dezavantajul creşterii căderii de presiune). Pentru creşterea vitezei în tuburi, se introduc în camerele de distribuţie (sub capace) şicane, astfel încît se obţin două sau mai multe păsuri (treceri) prin tuburi.

Pentru majorarea vitezei fluidului din manta, pot fi utilizate şicane longitudinale ,prin prezenţa unei astfel de şicane, se realizează două păsuri în manta. Se constată la acest schimbător, cu 2 păsuri în manta şi 4 păsuri în tuburi, că global fluidele circulă în sens invers (unul de jos în sus şi celălalt de sus în jos).

În majoritatea cazurilor practice, în manta se utilizează şicane transversal segment de cerc(care duc în general la o curgere transversală pe tuburi (secţiunea de curgere este variabilă; apar turbulenţe ce îmbunătăţesctransferul de căldură).

- Scheme de schimbătoare de căldură cu fascicul tubular in manta: