Come funziona uno scambiatore di calore

Al suo livello più elementare, uno scambiatore di calore funziona consentendo il calore da un fluido (un liquido o un gas) passare ad un secondo fluido senza che i due fluidi entrino effettivamente in contatto diretto. I due fluidi scorrono uno accanto all'altro, separati da una solida partizione per evitare che si mescolino.

Questa partizione, o superficie di trasferimento del calore, è spesso composto da metallo che conduce bene il calore, come rame o alluminio. Il trasferimento di calore avviene perché il calore fluisce naturalmente da un'area a temperatura più elevata a un'area a temperatura più bassa.

Tipi di scambiatori di calore

Esistono molti tipi di scambiatori di calore, ma tre tipi comuni sono:

1. Scambiatori di calore a fascio tubiero: Come suggerisce il nome, questi sono costituiti da una serie di tubi. Un set di questi tubi contiene il fluido che deve essere riscaldato o raffreddato. Il secondo fluido scorre sui tubi che vengono riscaldati o raffreddati, provocando così lo scambio di calore tra i due fluidi.
2. Scambiatori di calore a piastre: Questi sono composti da più, magro, piastre leggermente separate che hanno aree superficiali molto ampie e passaggi di flusso del fluido per il trasferimento di calore. Questa disposizione a piastre impilate può essere più efficace, in un dato spazio, rispetto agli scambiatori di calore a fascio tubiero.
3. Scambiatori di calore raffreddati ad aria: Conosciuto anche come scambiatore di calore a batteria alettata, questo tipo utilizza l'aria per raffreddare un fluido che scorre all'interno di una bobina, o vice versa. Questo si trova spesso nelle unità di condizionamento dell'aria.

Efficienza negli scambiatori di calore

L’efficienza di uno scambiatore di calore è determinata da alcuni fattori:

1. Area di trasferimento del calore: Maggiore è l'area di trasferimento del calore, più efficiente è lo scambiatore di calore. Ecco perché gli scambiatori di calore a piastre, con la loro ampia superficie, può essere più efficiente di altri tipi.
2. Differenza di temperatura: Maggiore è la differenza di temperatura tra i due fluidi, più efficiente è il trasferimento di calore.
3. Coefficiente di trasferimento del calore: Questo misura la conduttività termica dei materiali dello scambiatore di calore. Più alto è il coefficiente, più efficiente è lo scambiatore di calore.
4. Configurazione del flusso: Anche il modo in cui i fluidi fluiscono attraverso lo scambiatore di calore può influire sull’efficienza. Per esempio, scambiatori di calore in controcorrente (dove i due fluidi scorrono in direzioni opposte) sono generalmente più efficienti dei progetti a flusso parallelo.

Insomma, gli scambiatori di calore sono componenti cruciali in una vasta gamma di applicazioni. Comprenderne i principi di base e i fattori che ne influenzano l’efficienza può aiutare a ottimizzarne l’uso e a migliorare la gestione dell’energia.

Tubi in acciaio comunemente utilizzati per scambiatori di calore: gradi, Prestazione, Parametri, e intervallo di pressione

Gli scambiatori di calore sono fondamentali in molti settori, e la scelta del materiale dei tubi utilizzati è fondamentale per la loro efficienza e durata. Acciaio, noto per le sue eccellenti proprietà di trasferimento del calore e resistenza meccanica, è spesso il materiale preferito. Ecco alcuni tipi di acciaio comunemente usati per gli scambiatori di calore, insieme alla loro prestazione, parametri, e campo di pressione:

1. Tubi in acciaio al carbonio

Grado: ASTM A179

ASTM A179 è un tipo di acciaio al carbonio frequentemente utilizzato negli scambiatori di calore. Noto per le sue straordinarie proprietà di trasferimento del calore e resistenza all'ossidazione e alla corrosione alle alte temperature.

Prestazione

• Buone proprietà di trasferimento del calore
• Elevata resistenza all'ossidazione e alla corrosione alle alte temperature
• Conveniente e facilmente disponibile

Parametri

• Intervallo di temperatura: -20 A 1200 °F
• Intervallo di pressione: Fino a 20 MPa

2. Tubi in acciaio a bassa lega

Grado: ASTM A213 T11, T22

ASTM A213 T11 e T22 sono gradi di acciaio bassolegato spesso utilizzati negli scambiatori di calore perché forniscono una maggiore resistenza alle alte temperature e pressioni rispetto all'acciaio al carbonio.

Prestazione

• Eccellente resistenza all'ossidazione ad alta temperatura
• Buona resistenza al creep
• Maggiore resistenza alle alte temperature

Parametri

• Intervallo di temperatura: Fino a 1200 °F
• Intervallo di pressione: Fino a 20 MPa

3. Tubi in acciaio inossidabile

gradi: ASTM A213TP304, TP316

I gradi di acciaio inossidabile TP304 e TP316 sono ampiamente utilizzati negli scambiatori di calore grazie alla loro superiore resistenza alla corrosione, soprattutto in ambienti acidi, e buone proprietà di trasferimento del calore.

Prestazione

• Eccellente resistenza alla corrosione
• Buone proprietà di trasferimento del calore
• Adatto per un'ampia gamma di applicazioni

Parametri

• Intervallo di temperatura: -320 A 1650 °F (TP304), -325 A 1700 °F (TP316)
• Intervallo di pressione: Fino a 20 MPa

Questi sono solo alcuni esempi dei tipi di acciaio comunemente utilizzati per gli scambiatori di calore. La scelta del grado dipenderà dai requisiti specifici della domanda, compresa la temperatura e la pressione di esercizio, condizioni corrosive, e la durata di vita desiderata. Per proprietà e parametri dettagliati, fare sempre riferimento allo standard ASTM pertinente o alle specifiche del produttore.