Schimbătoare de Căldură cu Plăci

Cap.1 Schimbatoare de caldura

1.1 Generalitati

Schimbătoarele de căldură sunt aparate termice în care are loc transferul de căldură de la un fluid la altul, în procese de încălzire, răcire, fierbere, condensare sau în alte procese termice în care sunt prezente două sau mai multe fluide cu potenţiale termice diferite. Fluidul care cedează căldură (fluidul “cald”) se numeşte agent termic primar, iar cel care primeşte căldură (fluidul “rece”) se numeşte agent termic secundar.

Dimensionarea sau verificarea schimbătoarelor de căldură necesită un calcul termic, un calcul hidraulic şi un calcul mecanic (de rezistenţă).

Calculul termic de dimensionare presupune cunoaşterea parametrilor agenţilor termici precum şi sarcina termică a schimbătorului. În acest caz se alege forma constructivă a aparatului şi se determină suprafaţa de schimb de căldură.

Calculul termic de verificare presupune cunoaşterea suprafeţei de schimb de căldură a aparatului şi parte din parametrii agenţilor termici. Prin calculul termic de verificare se stabilesc posibilităţile termice ale aparatului în diferite condiţii de funcţionare.

Calculul hidraulic al unui schimbător necesită determinarea pierderilor de sarcină (căderile de presiune) pentru cei doi agenţi termici ce circulă prin aparat.

Calculul mecanic stabileşte dimensiunile elementelor metalice, astfel încât eforturile unitare produse de presiune şi de variaţia de temperatură să nu le depăşească pe cele admisibile.

Condiţiile de funcţionare cele mai importante ce caracterizează regimul de lucru al schimbătoarelor de căldură din instalaţiile frigorifice sunt:

- temperaturile si presiunile agenţilor la intrarea şi ieşirea din schimbător (în cazul răcirii aerului este importanta si umiditatea acestuia

- diferenţa minima de temperaturi între cei doi agenţi;

- modul de alimentare cu agent frigorific(în special pentru vaporizatoare);

- prezenţa acumulărilor termice (cazul vaporizatoarelor acumulatoare de gheata).

Sarcinile termice ale schimbătoarelor de căldură, care reprezintă mărimile fundamentale pentru proiectarea acestor aparate.

Caracteristicile geometrice ale schimbătoarelor de căldură adică:

- modul de dispunere a ţevilor

- pasul dintre ţevi;

- dimensiunile ţevilor (diametru exterior şi interior, sau diametrul exterior şi grosimea);

- numărul de rânduri de ţevi (ţevi pe orizontala) şi numărul de secţii (ţevi pe verticala).

Caracteristicile funcţionale, sunt cele care definesc performantele termice şi fluidodinamice ale schimbătoarelor de căldură. Între acestea cele mai importante sunt:

- coeficientul global de transfer termic

- pierderile de presiune pe circuitele celor doi agenţi

- modul de automatizare a funcţionării (prin controlul presiunii agentului frigorific, al givrajului, sau al compoziţiei apei, etc.).

Operaţiile de întreţinere necesare reprezintă o altă caracteristică importantă, iar câteva exemple sunt:

- purjarea (gazelor necondensabile, uleiului, etc.);

- curăţarea, degivrarea, desprăfuirea, detartrarea;

- tratamente auxiliare (dedurizarea apei, filtrarea, etc.).

1.2 Clasificare

Pentru clasificarea schimbatoarelor de caldura se pot avea în vedere mai multe criterii:

1) Clasificarea în functie de modul de realizare al transferului de caldura

Din acest punct de vedere schimbatoarele de caldura se împart în doua mari grupe:aparate cu contact indirect si aparate cu contact direct

a)Schimbatoarele cu contact indirect (de suprafata) sunt aparate la care cei doi agenti termici nu vin în contact direct ei fiind despartiti de o suprafata de schimb de caldura cu care vin în contact permanent sau periodic.Daca cele doua fluide vin în contact permanent cu suprafata de schimb de caldura, fluxul termic prin aceasta fiind unidirectional, schimbatorul de caldura este de tip recuperativ.

Acest tip de aparat este cel mai raspândit el putând fi realizat în numeroase variante constructive. În figura 1.1.a) este prezentat schematic cel mai simplu astfel de aparat, schimbatorul teava în teava, constituit din doua tevi concentrice, unul dintre fluide circulând prin interiorul tevii centrale, celalalt prin spatiul dintre cele doua tevi.