Nozioni di base sugli scambiatori di calore: Uno scambio più efficiente
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:
- 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.
- 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.
- 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:
- 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.
- Differenza di temperatura: Maggiore è la differenza di temperatura tra i due fluidi, più efficiente è il trasferimento di calore.
- 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.
- 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.
DA 17175 è progettato per scopi a temperature elevate, ABTER STEEL fornisce le seguenti qualità di acciaio: St35.8, St45.8, 15Mo3, 13CrMo44, 10CrMo910. DA 17175 i tubi di acciaio senza saldatura sono ampiamente utilizzati negli apparecchi di scambio termico.
ASTM A179 copre lo spessore minimo della parete, tubi in acciaio trafilati a freddo senza saldatura per scambiatori di calore tubolari, condensatori, e simili apparecchi per il trasferimento di calore. Si tratta di un tipo di tubi a basso contenuto di carbonio che saranno realizzati mediante il processo senza saldatura e saranno trafilati a freddo.
EN10216-2 è la specifica relativa ai tubi in acciaio senza saldatura per scopi specifici a temperature elevate come tubi per caldaie, centrali elettriche, eccetera, ha i seguenti gradi di acciaio: P195GH, P235GH, P265GH, 16Mo3, 14MoV6-3, 13CrMo4-5, 10CrMo9-10, con acciaio legato e non legato incluso.
L'EN 10217-1 standard è lo standard europeo per i tubi in pressione saldati, disciplina i requisiti tecnici dei tubi in acciaio al carbonio. Questo standard è adatto per la saldatura di tubi di acciaio al carbonio con proprietà di temperatura ambiente e pressioni nominali specificate. I requisiti essenziali di questo standard sono la resistenza al punto di snervamento minimo e la resistenza alla trazione, allungamento, saldabilità, Valori di impatto, prova non distruttiva, eccetera. Questo standard è ampiamente utilizzato nella costruzione di recipienti a pressione e sistemi di tubazioni nel settore petrolifero e del gas, petrolchimico, e industrie energetiche.
I tubi in acciaio ASTM A179, ASME SA179 coprono lo spessore minimo della parete, tubi in acciaio a basso tenore di carbonio trafilati a freddo senza saldatura per scambiatori di calore tubolari, condensatori, e simili apparecchi per il trasferimento di calore.
Secondo specifiche ASTM, questa particolare specifica riguarda i tubi senza saldatura in acciaio ferritico e austenitico per l'utilizzo nelle caldaie, surriscaldatori, e scambiatori di calore. I gradi specifici coperti da questa specifica includono T5, TP304, e altri elencati nelle tabelle 1 E 2. La dimensione del tubo varia da un diametro interno di 1/8 pollici fino ad un diametro esterno di 5 pollici, con spessori che vanno da 0.015 A 0.500 pollici (0.4 mm a 12.7 mm). Se sono necessarie altre dimensioni, possono essere specificati come parte dell'ordine, insieme agli spessori minimi e medi.
