Proiect la procese de transfer de căldură

CAPITOLUL 1

1.1. INTRODUCERE

Schimbătoarele de cădură sunt aparate destinate transmiterii căldurii de la un agent termic mai cald la un agent termic mai puţin cald.

În aceste aparate se pot desfăşura diverse procese termice: variaţia temperaturii, evaporare, fierbere, condensare, topire, solidificare şi în sfârşit, procese combinate mult mai complexe.

Schimbătoarele de căldură pot funcţiona în instalaţiile industriale ca organe principale, când reprezintă părţi componente ale unor procese tehnologice sau ale unor procese exclusiv termice, sau ca organe secundare, introduse în instalaţii din motive de economie de căldură sau de substanţă.

În ambele cazuri ele trebuie să satisfacă o serie de condiţii cum ar fi:

- asigurarea unui schimb de căldură cât mai intens între agenţii termici;

- respectarea regimului de temperaturi cerut de procesul tehnologic;

- ridicarea siguranţei,securităţii şi fiabilităţii în exploatare;

- realizarea într-o construcţie cât mai simplă, compactă, economică din punctul de vedere al investiţiei şi al exploatării.

Pentru realizarea unui schimb de căldură cât mai intens, şi deci a unor aparate cât mai compacte, agenţii termici trebuie să aibă greutatea specifică mare, căldură specifică ridicată, vâscozitatea mică, căldură latentă de vaporizare mare, să nu formeze depuneri pe suprafeţele de schimb de căldură şi să fie stabili din punct de vedere termic.

Pentru asigurarea unei fiabilităţi şi siguranţe ridicate în exploatare, agenţii termici trebuie să fie neagresivi, chiar sub acţiunea îndelungată a unor temperaturi ridicate.

Gradul de răspandire şi costul redus al agenţilor influenţează micşorarea cheltuielilor de investiţii şi de exploatare a schimbătoarelor de căldură.

În cazul nostru motorina este agentul termic mai cald, iar ţiţeiul agentul termic mai puţin cald. Motorina prin manta şi ţiţeiul prin ţevi.

Schimbătoarele pot funcţiona ca agregate independente sau ca aparate în instalaţiile complexe destinate transferului de căldură.

Majoritatea schimbătoarelor de căldură sunt aparate în care sunt delimitate două spaţii pentru circulaţia celor două substanţe participante la schimbul de căldură.

Peretele care desparte cele două spaţii este suprafaţa de transmitere a căldurii sau suprafaţa de încălzire (ori de răcire).Uneori suprafaţa despărţitoare nu exista, schimbul de căldură între substanţe făcându-se prin contact direct. Dacă, în cazurile din urmă, ambele substanţe sunt fluide şi formează faze distincte, schimbul de căldură este însoţit şi de schimb de materie.

Un schimb de căldură trebuie să realizeze un schimb cât mai intens de căldură cu o cât mai mică pierdere de presiune a fluidului care circulă prin aparat. O pierdere mare de presiune nu este un inconvenient când fluidul se găseşte la presiune ridicată, impusă de alte condiţii tehnologice.

De obicei, presiunea lichidelor corespunde înălţmii limitate a rezervorului sau presiunii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional din punct de vedere economic între un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi subţiri) şi un cât mai mic consum de energie la pompare.

1.2. CLASIFICAREA SCHIMBĂTOARELOR DE CĂLDURĂ

Deoarece există o gamă variată de schimbătoare de căldură, ele se clasifică după mai multe criterii, ţinând seama de principiile funcţionale şi constructive.

a) După modelul de transfer de căldură, schimbătoarele se împart:

- schimbătoare de căldură de suprafață, la care propagarea căldurii de la mediul încălzitor la cel încălzit se efectuează prin pereții separatori, confecționați din materiale cu un coeficient ridicat de conductivitate, transferul de căldură făcându-se de cele mai multe ori în regim staționar, temperaturile nemodificându-se în timp.

Dacă cele două fluide vin în contact permanent cu suprafaţa de schimb de căldură, fluxul termic prin acesta fiind unidirecţional, schimbătorul de căldură este de tip recuperativ.

Acest tip de aparat este cel mai răspândit, el putând fi realizat în numeroase variante constructive. În figura următoare este prezentat schematic cel mai simplu astfel de aparat, schimbătorul ţeavă în ţeavă, constituit din două ţevi concentrice, unul dintre fluide circulând prin interiorul ţevii centrale, celălalt prin spaţiul dintre cele două ţevi.

Dacă agenţii termici vin în contact alternativ cu suprafaţa de transfer de căldură, fluxul termic schimbându-şi periodic direcţia, schimbătorul de căldură este de tip regenerativ.

Din categoria schimbătoarelor de căldură de suprafaţă face parte şi schimbătorul de căldură cu strat fluidizat, la care transferul de căldură are loc între un fluid şi un material solid care se deplasează sub forma unui strat fluidizat pe lângă suprafaţa de schimb de căldură.

Fluidizarea se realizează prin insuflarea unui gaz, de obicei aer, peste materialul solid granulat.