Schimbător de căldură

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Exemplu de schimbător de căldură

Într-o uzină chimică , ca parte a termodinamicii , un schimbător de căldură (sau pur și simplu schimbător) este un „ echipament chimic în care realizează schimbul de energie termică a unui fluid de transfer de căldură cu altele cu temperatură diferită. [1] La nivel teoretic, schimbătorul de căldură este asimilat unui sistem deschis care funcționează fără muncă de schimb; schimbă materia și căldura cu lumea exterioară, dar nu schimbă munca. Deși sunt utilizate pe scară largă în industrie pentru procesul de control al temperaturii industriale , multe exemple de schimbătoare de căldură pot fi găsite și în viața de zi cu zi; câteva exemple de schimbătoare de căldură comune sunt radiatorul automobilelor și încălzitorul pentru încălzirea menajeră și peretele cazanului , aparatul de aer condiționat și încălzitorul de apă electric.

fundal

Spațiul pentru trecerea fumurilor fierbinți sub podeaua unui calidarium

Există rapoarte despre schimbătoare de căldură așa cum le înțelegem astăzi din perioada târzie a Republicii Romane , ca element încălzitor al calidariei de apă a băilor romane . Schimbul de căldură în calidaria a avut loc prin trecerea fumului de ardere al lemnului în contact cu plăci de piatră pe partea opusă a căreia a fost făcut să treacă apa de încălzit. În vremurile ulterioare, fumurile au fost trecute prin canale încă practicate în piatră, creând astfel un „pachet de tuburi” rudimentar. În toate aceste cazuri, însă, nu a existat nicio izolare a fluidului rece (apă) și, prin urmare, definiția unui schimbător este discutabilă.

În schimb, ele sunt schimbătoare din toate punctele de vedere bobinele utilizate în distilare - sau mai bine zis, în condensarea distilatului - deja în Evul Mediu . Folosind o clasificare de mai jos, au fost schimbătoare de căldură 1-1 (1 pasaj pe partea tubului și 1 pasaj pe partea carcasei).

Din secolul al XVIII-lea a fost introdus cazanul cu tub de fum în care, pe lângă căldura radiantă a vetrei, este exploatată căldura sensibilă a vaporilor, iar condensatorii, o parte esențială a motorului cu aburi , au fost creați încă de la început ca grinzi tuberculi. în deceniile următoare a fost introdus cazanul cu apă-tub , mai eficient.

Spre anii 1930, a început să se utilizeze suprafețe tubulare pentru a răspândi suprafețele plane (posibil ondulate), cele care astăzi sunt utilizate în schimbătorul de căldură cu plăci și un schimbător de căldură în spirală , lamelele schimbătorului de căldură de la ramens Patenter . [2] . Primul schimbător de căldură cu plăci a fost introdus în 1923 de Richard Seligman , fondatorul APV International . [3] Începând cu anii 1930, s-a răspândit schimbătorul de căldură în spirală , utilizat pentru prima dată în Suedia ca parte a industriei hârtiei. [4]

La datele din 1939 , a fost înființată Asociația Producătorilor de Schimbătoare Tubulare (TEMA), [5], care publică regulile pentru clasificarea, proiectarea și construcția schimbătorilor de căldură și a mantalei tubulare . [6]

În 1942 este introdus în metoda ε-NTU (utilizată pentru a estima eficiența termică a unui schimbător de căldură) de la Londra și Seban. [7]

Clasificare

Există diferite criterii de clasificare pentru schimbătoarele de căldură. [8]

Mod de contact între curenți

În funcție de modul de contact dintre curenți , schimbătoarele de căldură pot fi:

  • în contact direct: dacă interfețele fluidelor schimbătoare de căldură sunt în contact direct între ele; cei doi curenți schimbă căldura și materia, adică nu sunt separați de pereți; această posibilitate apare în cazul a două fluide nemiscibile, în schimbul de căldură dintre un lichid și orice gaz sau între un lichid și vaporii acestuia; [8] Exemple sunt turnul de răcire și schimbătorul de flacără scufundat ;
  • contact indirect: dacă fluidele nu intră în contact direct între ele; [8] în cazul schimbătorilor de căldură de suprafață, în care cele două fluide sunt separate de o suprafață care este traversată de fluxul de căldură.
    • schimbător de suprafață : acestea sunt cele mai frecvent utilizate. [1] Curenții absorb căldura de pe suprafețele cu care sunt separați. Aceste suprafețe pot fi prevăzute cu un „ finning [1] pentru a facilita în continuare schimbul termic. În schimbătorul de o suprafață pot fi recunoscute două compartimente sau părți, în interiorul cărora curg fluidele. Pentru primul principiu al termodinamicii, corpurile trebuie să fie la temperaturi diferite, deoarece nu există transfer de căldură de la unul la altul dintre aceste compartimente, pentru care definiți o parte fierbinte (unde fluidul curge având o temperatură mai mare, pentru a fi răcit) și o parte rece (unde fluidul curge având o temperatură mai scăzută, pentru a fi încălzit). Aceste părți au caracteristici constructive diferite în funcție de tipul schimbătorului de căldură și fluid.
  • la radiații directe: căldura este furnizată sub formă de energie radiantă (încălzitor, încălzitor electric, soluție salină marină ).

În majoritatea cazurilor, corpurile calde și reci care circulă în interiorul unui schimbător de căldură sunt fluide (deci în stare lichidă, gazoasă).

Schimbătoare de suprafață după modelul de construcție

În funcție de geometria schimbătorului, se pot defini următoarele (citând doar cazurile principale):

  • schimbător tubular
    • schimbător de căldură cu două conducte (sau tuburi „concentrice”): fluidul curge în două tuburi coaxiale, un tub interior (sau tub) și unul extern (inel sau manta); Este singura configurație care permite un profil termic în cocent sau contracurent perfect;
    • schimbător de căldură cu coajă și tub : unul dintre fluide trece prin tuburi (de obicei o secțiune circulară), iar celălalt pe exteriorul tuburilor, într-o cameră (manta) special realizată; în acest tip de schimbător, în timpul trecerii echipamentului, direcția mișcării fluidului lateral al carcasei se poate schimba brusc datorită prezenței "diafragmelor", astfel încât schimbul de căldură poate avea loc în diferite moduri (co-curent, contra -curent sau debit traversat); [9] sunt tipul de schimbătoare de căldură utilizate în contextul termoreglării industriale ; [10]
    • schimbătorul de tromboni (sau schimbătorul de picurare) sunt constituiți dintr-un tub în formă elicoidală în interiorul căruia curge fluidul de proces care este răcit printr-o peliculă de apă care este picurată de sus. [11]
    • un schimbător de căldură de suprafață răzuită : tuburile acestor schimbătoare au propriile lor lame rotative interne care răzuiesc suprafața interioară a tubului; Acestea sunt utilizate în cazul fluidelor foarte murdare, vâscoase sau care tind să cristalizeze . [6]
    • schimbător de căldură de suprafață scufundat
      • bobină pentru încălzirea sau răcirea fluidelor;
    • tuburi ale unui cuptor: tuburile sunt încălzite prin radiații și schimbă căldura cu curenții care trec în interiorul lor.
  • schimbător de plăci
    • schimbător de căldură cu plăci : cele două fluide care pătrund pe laturile opuse ale unei foi, de obicei ondulate sau plate cu introducerea deflectoarelor, în încăperi alternative și izolate între ele și geometria acestor schimbătoare de căldură este similară cu o presă cu filtru ; un caz particular este schimbătorul roll-bond, în care canalele pe o parte sunt interne unei foi monobloc, în timp ce pe cealaltă parte există un fluid, de obicei staționar;
    • Schimbător de căldură în spirală : cele două fluide trec pe laturile opuse ale unei foi, de obicei netede, în camere individuale de lungime considerabilă, înfășurate în spirală; [11]
  • blocuri schimbătoare de grafit sau alt material: curentul care circulă în găuri cilindrice, de obicei dispuse în unghi drept în cele două părți;
  • schimbător de căldură de suprafață extinsă
    • tub cu aripioare
    • schimbător aerorefrigerat : fluidul care trebuie răcit trece prin tuburi (în general cu aripioare ) care sunt răcite de un ventilator care colectează aerul înconjurător și redirecționarea pe tuburi; [12]
    • schimbător cu aripioare : unul dintre fluide trece prin tuburi, de obicei cu secțiune circulară, iar celălalt (gazos) prin pachetul cu aripioare în afara tuburilor;
    • microcanalele schimbătorului : unul dintre fluide trece în interiorul benzii metalice având fante de canale cu secțiune pătrată, iar celălalt (gazos) prin pachetul cu aripioare din afara tuburilor;
    • schimbător Reed : este format din foi ondulate sudate între ele, care constituie suprafața de schimb de căldură;

Clasificarea compactității

„Compacitatea” unui schimbător de căldură este reprezentată de „densitatea suprafeței” (exprimată în m 2 / m 3), care este egală cu raportul dintre aria suprafeței de schimb și volumul schimbătorului de căldură.

Pentru schimbul de căldură între un gaz și un lichid, schimbătoarele de căldură sunt împărțite în: [8]

  • Compact: având o densitate mai mare a suprafeței de 700 m 2 / m 3;
  • necompact: având o densitate mai mică de 700 m 2 / m 3.

Pentru schimbul de căldură între două lichide sau în cazul în care este asociat cu o schimbare de fază , acestea definesc schimbătoare: [8]

  • Compact: având o densitate mai mare a suprafeței de 400 m 2 / m 3;
  • necompact: având o densitate mai mică de 400 m 2 / m 3.

Clasificare după tipul procesului

În funcție de procesul pentru care sunt utilizate, schimbătoarele pot fi:

Uneori, termenul „schimbător de căldură” este folosit cu o semnificație mai restrânsă, referindu-se la cazul specific în care scopul aparatului este de a schimba căldura către un fluid de proces , se numește „răcitor” și „încălzitor” atunci când unul dintre doi curenți sunt constituiți de un fluid de serviciu , pentru care scopul este de a răci sau încălzi un fluid de proces. [13]

Clasificare după profil termic

Profiluri de temperatură pentru schimb de contracurent (sus) și schimb de co-curent (jos).

Majoritatea proceselor de schimb de căldură nu sunt izoterme, adică au loc la o temperatură variabilă, în care un corp intră la o temperatură scăzută și se încălzește; celălalt intră la o temperatură ridicată și se răcește. Schimbul de căldură dintre cele două fluide poate avea loc în trei moduri: [14]

Numai în cazul schimbului de contracurent temperatura de ieșire a fluidului rece poate fi mai mare decât temperatura de ieșire a fluidului fierbinte. În cazul unui schimb de co-curent, temperaturile celor două fluide se apropie una de alta pe măsură ce trec prin schimbător și teoretic pot atinge aceeași valoare ( echilibrul termic al celor două fluide) dacă suprafața de schimb are o zonă infinită] : aceasta este evident o condiție care nu poate fi realizată în practică.

Aplicații

Domeniile de aplicare a schimbătorilor de căldură sunt nenumărate atât în ​​ingineria civilă, cât și în cea industrială.

Aplicații civile

O zonă în care sunt foarte utilizați (în special schimbătoarele de căldură cu plăci) sunt sistemele de încălzire urbană în care constituie interfața dintre rețeaua de distribuție a apei calde sau supraîncălzite produse de sistemul de încălzire centrală și centrală pentru utilizatorul final.

O altă aplicație este în sistemele de climatizare / răcire a spațiilor sau vehiculelor. Sunt traversate de un fluid frigorific (astăzi se folosește un compus aparținând categoriei HFC ca R134a ) în tuburi / plăci și din aerul dintre aripioare. Agentul frigorific schimbă căldura cu aerul pentru a:

  • îndepărtați căldura din fluxul de aer care pătrunde în încăpere sau vehicul pentru a fi tratat climatic pentru a scădea temperatura și umiditatea acestuia. Schimbătorul de căldură utilizat ia numele de evaporator, deoarece agentul frigorific trece de la lichid la vapori ;
  • cedează căldura eliminată din aer pentru a fi tratată în mediul extern pentru a relua ciclul termodinamic . În acest caz vorbim de un condensator, deoarece fluidul frigorific trece de la vaporii supraîncălziți la lichid.

Aplicații industriale

În mediul industrial, schimbătoarele de căldură pot fi utilizate pentru: [15]

Rețea de schimbătoare de căldură

Schimbătoarele de căldură ale instalațiilor chimice Nell sunt utilizate în așa-numita rețea a schimbătoarelor de căldură (English Heat Exchanger Network sau HEN), în care fluidul de proces își schimbă căldura cu curentul de serviciu sau între ele (se vorbește în ultimul caz de integrare termică ).

Fluxurile de proces sunt supuse schimbului de căldură în general cu apă (pentru răcire) sau abur (pentru încălzire), care constituie „curenții de serviciu”.

Apa de răcire, după ce a îndepărtat căldura din fluidele de proces, este, în general, trimisă la un sistem de turnuri de răcire , unde este adusă la o temperatură apropiată de temperatura ambiantă și apoi devine disponibilă pentru schimbul de căldură, deci de-a lungul unui ciclu Închis.

Simbologie

Există diferite simboluri utilizate pentru a reprezenta schimbătoarele de căldură într-o diagramă de flux de proces (PFD) sau o diagramă de conducere (P & ID). Cu toate acestea, nu există o simbolologie standard acceptată la nivel internațional.

De exemplu, iată câteva simboluri utilizate în mod obișnuit pentru a reprezenta schimbătoarele de căldură:

Constructie

Structural, schimbătoarele de căldură sunt considerate recipiente sub presiune și, prin urmare, sunt supuse, din motive de siguranță, diferitelor abrevieri oficiale de calcul mecanic (de exemplu, PED în Comunitatea Europeană , [16] ASME în Statele Unite).

Selecţie

Selecția dintre diferitele tipuri de schimbător de căldură se realizează luând în considerare mulți factori care se referă la procesul de schimb de căldură care urmează să fie efectuat (sau la termoreglare industrială ), inclusiv: [17]

  • natura fluidelor implicate; sunt de o importanță deosebită proprietățile fizico-chimice ale fluidelor (inclusiv corozivitatea , toxicitatea și vâscozitatea ) și tendința fluidelor de a genera murdări („ murdăriți ”);
  • condițiile de funcționare; în special temperatura și presiunea;
  • cantitatea de căldură care trebuie schimbată;
  • costurile asociate echipamentului; acestea depind nu numai de tipul constructiv de schimbător de căldură, de materialul utilizat (de ex. oțel ) și de grosimea suprafețelor schimbătorului de căldură (care sunt mai mari în cazul în care fluidele sunt la presiune ridicată); alte costuri de luat în considerare sunt costurile asociate cu întreținerea.

Dimensionare

Determinarea zonei de schimb de căldură

Parametrul fundamental care trebuie derivat în timpul dimensionării unui schimbător de căldură de suprafață este zona de schimb, adică zona suprafeței care separă curentul cald de curentul rece.

Pentru a încălzi curentul nu este înțeles în acest context un curent cu o temperatură ridicată, ci un curent a cărui temperatură scade în timpul traversării dispozitivului. În mod similar pentru curentul rece se înțelege un curent a cărui temperatură crește în timpul traversării dispozitivului.

Schimbul unei zone a schimbătorului de căldură poate fi determinat de următoarea ecuație a proiectului , în care puterea termică Q schimbată de cei doi curenți este proporțională cu trei factori: [18] [19]

fiind:

Căldura Q schimbată de cele două fluide poate fi derivată din oricare dintre cele două expresii: [20]

in care:

  • c p, H este căldura specifică a curentului fierbinte
  • c p, C este căldura specifică a curentului rece
  • T 1, H este temperatura la curentul fierbinte
  • T 2, H este temperatura la ieșirea curentului fierbinte
  • T 1, C este temperatura la curentul rece
  • T 2, C este temperatura la ieșirea curentului rece.

Prima dintre aceste expresii se referă la fluidul fierbinte, în timp ce a doua se referă la fluidul rece. Aceste expresii sunt interschimbabile, deoarece (presupunând că pereții exteriori ai ambelor adiabatice ) căldura transferată din fluidul fierbinte este în mod necesar egală cu căldura obținută din fluidul rece.

Transmiterea căldurii prin perete. Sunt indicate contribuțiile diferite (U c, U p, U f) ale coeficientului global de transfer de căldură.

Coeficientul global de schimb de căldură U D este caracteristic jocului în fluidele și caracteristicile hidraulice. Ne putem gândi să descompunem coeficientul global în trei contribuții:

  • o contribuție convectivă asociată cu transferul de căldură de la cea mai mare parte a fluidului fierbinte la peretele tubului cald;
  • o contribuție conductivă asociată cu transferul de căldură prin peretele țevii, de la partea fierbinte la partea rece;
  • o contribuție convectivă asociată cu transferul de căldură de la peretele rece al țevii laterale la volumul de fluid rece.

Rezultă în fiecare caz o diferență de temperatură între cele două puncte extreme între care există transferul de căldură și un coeficient de schimb de căldură, respectiv U c, U p și U f. Fiecare dintre acești coeficienți de transfer de căldură este asociat cu o rezistență termică (dată de inversul coeficientului de schimb de căldură), iar rezistența termică totală este dată de suma celor trei rezistențe termice dispuse în serie :

U c și U f cresc odată cu creșterea conductivității termice a fluidului și a turbulenței fluidului (în special, se observă o creștere puternică a acestor coeficienți de schimb la trecerea de la regim laminar la turbulent ), în timp ce U p crește odată cu creșterea temperaturii conductivitatea conductei.

Pentru a lua în considerare fenomenul de fouling (sau fouling) în plus față de cei trei termeni menționați mai sus, se pot introduce alți doi termeni ( Și ) Corespunzător rezistenței la transferul de căldură prin conducție în vecinătatea filmului care încrustă partea fierbinte și partea rece: [13]

O analiză mai detaliată a schimbului termic poate fi realizată prin utilizarea „ ecuației căldurii . Această ecuație fiind o „ ecuație diferențială parțială diferențială poate fi rezolvată analitic numai în cazuri simple. În aplicații reale, acest lucru poate fi rezolvat cu ajutorul metodelor numerice care pot face față oricărui tip de geometrie.

Calculul eficienței unui schimbător

Există în principal patru metode care pot fi utilizate pentru a calcula eficiența termică a unui schimbător de căldură: [21]

  • metoda ε-NTU
  • metoda P-NTU t
  • metoda LMTD
  • metoda ψ-P.

În general, metoda este utilizată la dimensionarea schimbătoarelor de căldură compacte, în timp ce metoda LMTD este utilizată la dimensionarea schimbătoarelor de căldură cu coajă și tub. [22]

Metoda ε-NTU

Metoda ε-NTU este un instrument pentru analiza schimbătorului de căldură atunci când temperaturile de intrare ale fluidelor sunt cunoscute sau pot fi obținute din bilanțul energetic. Metoda ε-NTU este foarte utilă pentru a determina dimensiunea unui schimbător de căldură capabil să realizeze temperaturile prestabilite ale fluidelor de intrare și ieșire ale cărora se știe că curg .

Această metodă se bazează pe un parametru adimensional numit „eficacitatea schimbătorului de căldură” ε (care poate presupune valori cuprinse între 0 și 1), [23] definit prin relația: [7]

unde: [7]

  • este fluxul de căldură real;
  • este fluxul termic maxim teoretic obținut.

Puterea termică efectiv schimbată într-un schimbător de căldură poate fi determinată cu un buget de fluid termic la cald sau la rece și poate fi exprimată prin relația:

unde este:

  • indicii c și h se referă la fluidul rece ( „rece”) și fluidul fierbinte ( „fierbinte”);
  • subscriptul și în afară se referă , respectiv , la secțiunile de intrare și ieșire;
  • C c și C h sunt debitul de capacitate termică se referă la unitatea de timp, respectiv, pentru fluidul rece și cald; aceste capacități de căldură de curgere sunt date de produsul debitului masic (kg / s) pentru căldura specifică (J / kg * K) la presiune constantă: [7]

Producția maximă de căldură care poate fi schimbată într-un schimbător de căldură este cea care apare cu diferența maximă de temperatură, adică între temperaturile de intrare ale fluidelor calde și reci:

De fapt, schimbul de căldură într-un schimbător va fi maxim dacă fluidul rece este încălzit până la temperatura de intrare a fluidului fierbinte și dacă fluidul fierbinte este răcit până la temperatura de intrare a fluidului rece. Aceste două condiții limită nu pot apărea simultan, cu excepția cazului în care capacitățile termice menționate la unitatea de timp a celor două fluide sunt identice. . De sine , care este cel mai frecvent caz, fluidul cu capacitate termică mai mică va experimenta o variație mai mare a temperaturii, adică diferența maximă de temperatură . Puterea termică maximă schimbabilă într-un schimbător de căldură este: [7]

unde este este cel mai mic dintre Și .

Dacă se cunoaște eficiența schimbătorului, valoarea puterii de căldură efectiv schimbată Și:

L'efficacia dello scambiatore di calore rende, quindi, possibile il calcolo della potenza termica effettivamente scambiata senza dovere determinare le temperature di uscita dei fluidi caldo e freddo.

Ogni scambiatore ha un suo valore di efficacia poiché questa dipende dalla geometria dello scambiatore stesso e dalla suo tipo. Le relazioni che permettono di calcolare l'efficacia per gli scambiatori di calore in generale includono il gruppo adimensionale , detto numero di unità di trasporto ( NTU ). [7]

dove U è il coefficiente globale di scambio termico e A è l'area della superficie dello scambio termico dello scambiatore di calore. Fissati i valori di U e , il valore di NTU è una misura della superficie di scambio termico A , vale a dire che al crescere di NTU crescono le dimensioni dello scambiatore.

Il metodo P-NTU t

Il metodo LMTD

Il metodo LMTD fa riferimento alla differenza di temperatura media logaritmica tra le due sezioni estreme dello scambiatore e ad un fattore correttivo F T (che tiene conto dell'effettivo grado di controcorrente). L'espressione per il calcolo dell'area di scambio con il metodo LMTD è dunque la seguente: [24]

in cui:

  • Q è il calore scambiato dai due fluidi
  • U D è il coefficiente di scambio termico
  • è la temperatura media logaritmica , che costituisce la forza spingente del processo di scambio termico;
  • F T è un fattore di correttivo che rappresenta il "grado di controcorrente" dell'apparecchiatura, e tiene conto del fatto che a seconda della geometria costruttiva ogni scambiatore di calore rispecchia più o meno fedelmente la condizione di scambio in controcorrente . [25] Questo coefficiente è pari al rapporto tra la differenza di temperatura media (ΔT m ) e la differenza di temperatura media logaritmica ( ): [22]

La differenza di temperatura media logaritmica è ricavabile dall'espressione: [26]

in cui i pedici "1" e "2" rappresentano le sezioni di ingresso e di uscita delle correnti, che saranno le stesse per la corrente calda e per la corrente fredda nel caso di scambio in equicorrente o invertite nel caso di scambio in controcorrente .

Il metodo ψ-P

Calcolo della perdita di carico

Il passaggio all'interno dello scambiatore di calore è associato ad una perdita di carico che in genere viene compensata grazie all'ausilio di circolatore (nel caso di correnti liquide) o ventilatore (nel caso di correnti gassose). [27] Queste perdite di carico sono dovute ai seguenti fattori: [27]

  • attrito fluidodinamico del fluido con le pareti dell'apparecchiatura;
  • modifica della densità del fluido (a sua volta causata una variazione di temperatura);
  • perdita di carico localizzata all'imbocco e allo sbocco dell'apparecchiatura o in corrispondenza di altre variazioni dell'area di passaggio;
  • differenza di quota tra l'imbocco e lo sbocco.

Fasi operative

Start-up

Controllo

Nelle prime fasi della progettazione di uno scambiatore di calore si assumono condizioni di stato stazionario , un flusso di materia costante e una distribuzione di temperatura costante. Nella realtà, i valori delle portate e delle temperature dei fluidi in ingresso allo scambiatore possono variare durante il periodo di esercizio dell'apparecchiatura, per cui è necessario provvedere ad installare un sistema di controllo che permetta di rimediare a queste variazioni dei parametri di ingresso.

Controllo in avanti

Esempio di sistema di controllo in avanti applicato ad uno scambiatore di calore.

Nell'esempio di sistema di controllo riportato nella figura a lato, la portata del fluido di servizio viene aggiustata a seconda del valore di temperatura del fluido di processo all'uscita dello scambiatore. In particolare se lo scambiatore di calore serve a raffreddare il fluido di processo e se questo fluido presenta una temperatura troppo elevata, il sistema di controllo interviene aumentando l'apertura della valvola di controllo posizionata in corrispondenza dell'ingresso del fluido di servizio, aumentandone in questa maniera la portata. Ciò comporterà un abbassamento della temperatura del fluido di processo. Allo stesso modo, se il fluido di processo presenta una temperatura troppo bassa, il sistema di controllo interviene diminuendo l'apertura della valvola di controllo, diminuendo in questa maniera la portata del fluido di servizio.

Si parla in questo caso di " controllo in avanti " in quanto il processo viene aggiustato tenendo conto del risultato del controllo (cioè la temperatura del fluido di processo in uscita dallo scambiatore), senza invece tenere conto dei fattori che influenzano il processo (cioè la temperatura del fluido di processo all'ingresso dello scambiatore).

Controllo all'indietro

Esempio di sistema di controllo all'indietro applicato ad uno scambiatore di calore.

Nell'esempio di sistema di controllo riportato nella figura a lato, la portata del fluido di servizio viene aggiustata a seconda del valore di temperatura del fluido di processo e delle portate di entrambi i fluidi all'ingresso dello scambiatore. Il comportamento di questo sistema di controllo è simile al caso del controllo in avanti per quanto riguarda l'azionamento della valvola, con la differenza che la temperatura del fluido di processo a cui si fa riferimento è quella all'ingresso dello scambiatore.

Si parla in questo caso di " controllo all'indietro " in quanto il processo viene aggiustato tenendo conto dei fattori che influenzano il processo (cioè la temperatura e la portata dei fluidi all'ingresso dello scambiatore), senza tenere conto invece del risultato del controllo (cioè la temperatura e la portata dei fluidi in uscita dallo scambiatore).

Controllo in cascata

Esempio di sistema di controllo in cascata applicato ad uno scambiatore di calore.

Controllo con bypass

Esempio di sistema di controllo con bypass applicato ad uno scambiatore di calore.

Questo tipo di controllo è sempre in controreazione, e agisce ancora sul controllo di portata del fluido di servizio, in ragione della temperatura voluta su quello di processo, ma invece di agire su una singola valvola per regolare la portata in ingresso allo scambiatore, agisce sulle due valvole, collegate in maniera tale che quando una si apre l'altra si chiude, una frazione della portata va allo scambiatore l'altra a un circuito di bypass che si ricongiunge con il ritorno dello stesso non partecipando allo scambio, si ottiene così modulazione dello scambio termico mantenendo la portata costante sul circuito di alimentazione.

Manutenzione

L'aspetto forse più importante nella manutenzione di uno scambiatore di calore consiste nell'eliminare le incrostazioni che si formano all'interno dello scambiatore ( fouling ). Nel caso degli scambiatori tubolari, tale operazione può essere effettuata, a seconda dei casi, con soluzioni disincrostanti oppure attraverso una pulizia meccanica.

Nel caso degli scambiatori a fascio tubiero e mantello, spesso le testate del mantello sono progettate in modo da potere essere smontate ed estrarre agevolmente il fascio tubiero, facilitando così la pulizia dello scambiatore. Durante tale attività di manutenzione, può essere inoltre necessario sostituire le guarnizioni.

Note

  1. ^ a b c Thulukkanam , p. 1.
  2. ^ Thulukkanam , p. 14.
  3. ^ Kuppan , p. 347 .
  4. ^ Thulukkanam , p. 11.
  5. ^ TEMA Advantage , su tema.org . URL consultato il 3 giugno 2012 (archiviato dall' url originale il 2 settembre 2012) .
  6. ^ a b Perry , p. 11.33.
  7. ^ a b c d e f Kuppan , p. 30.
  8. ^ a b c d e Shah , pp. 2-5.
  9. ^ Felli , pp. 148-149 .
  10. ^ Thulukkanam , p. 8.
  11. ^ a b Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry , cap. 2.
  12. ^ Perry , pp. 11.47-11.48.
  13. ^ a b Coulson & Richardson's , p. 635.
  14. ^ Giambelli , pp. 242-243.
  15. ^ Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry , cap. 1.
  16. ^ ( EN ) EU Pressure Equipment Guideline Archiviato il 10 marzo 2007 in Internet Archive .
  17. ^ Thulukkanam , p. 29.
  18. ^ ( EN ) Heat transfer fundamentals Archiviato il 17 maggio 2008 in Internet Archive .
  19. ^ Couper , p. 165 .
  20. ^ ( EN ) Recognizing and Evaluating the Duty Requirements
  21. ^ Kuppan , p. 29 .
  22. ^ a b Kuppan , p. 33 .
  23. ^ Kuppan , p. 31 .
  24. ^ Kuppan , p. 32 .
  25. ^ Perry , p. 11.5 .
  26. ^ Perry , p. 11.4 .
  27. ^ a b Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry , cap. 5.

Bibliografia

Voci correlate

Altri progetti

Collegamenti esterni

Controllo di autorità Thesaurus BNCF 53679 · LCCN ( EN ) sh85059785 · GND ( DE ) 4064176-4 · BNF ( FR ) cb13318584g (data) · NDL ( EN , JA ) 00568133