Cada un de nos altres hem trobat els intercanviadors de calor més senzills. Un exemple sorprenent d'això és el disseny de "pipe in pipe" o alguna cosa així. Seria difícil imaginar la nostra vida si no s'hagués inventat l'intercanviador de calor. Avui dia hi ha un gran nombre d'intercanviadors de calor. Es diferencien entre si no només per les característiques tècniques, sinó també per l'abast, el disseny, etc. Parlem amb més detall sobre aquest tema i tractem els punts interessants.
Alguna informació general
Un intercanviador de calor és un dispositiu que s'utilitza per transferir calor d'un medi a un altre. Al mateix temps, cal entendre que el propi intercanviador de calor, sense equip de calefacció, és completament inútil, però al complex podeu obtenir resultats meravellosos i escalfar amb èxit fins i tot habitacions molt grans i fredes. A més, els científics han intentat constantment minimitzar la pèrdua de calor quan es transfereix a un altre entorn. Avui no és possiblepresumeix d'una eficiència del 100%, però podem parlar amb seguretat de l'eficiència del 90-95%. Les característiques operatives i tècniques del producte s'incrementen mitjançant l'ús de materials especialment preparats, així com un refrigerant. Per descomptat, tot això augmenta una mica el preu de l'equip, però val la pena.
Quan es dissenyen, els enginyers s'enfronten constantment a requisits conflictius que s'han de combinar en una sola ampolla. Per exemple, cal reduir la resistència hidràulica i al mateix temps augmentar el coeficient de transferència de calor. L'intercanviador de calor ha de ser resistent a la corrosió, però no massa difícil de mantenir. Tot això va fer que apareguessin molts tipus d'intercanviadors de calor. S'utilitza el que millor s'adapti a la situació.
Classificació dels intercanviadors de calor
Com s'ha indicat anteriorment, actualment hi ha un gran nombre d'intercanviadors de calor. En primer lloc, s'han de separar segons el mètode de transferència de calor al medi. Aquí els intercanviadors de calor es divideixen en els grups següents:
- recuperació;
- regenerativa;
- mescla;
- escalfament elèctric.
Fem una ullada més de prop als intercanviadors de calor recuperatius. El disseny del producte implica la presència d'una paret d'una sola capa o multicapa a través de la qual es transfereix la calor. Normalment això passa ja en moviment constant. És interessant que en aquests dispositius, la transferència de calor es realitza amb moviment forçat sense canviar la faseestats. Però això només s'aplica als intercanviadors de calor en funcionament permanent. Si parlem d'unitats amb un mode de funcionament periòdic, durant un cert període de temps es duu a terme l'escalfament, l'evaporació i el refredament, i tot això en mode seqüencial. Aquests dispositius pertanyen a intercanviadors de calor amb moviment tèrmic inestable. Això es deu al fet que la temperatura del refrigerant a l'entrada i la sortida és significativament diferent. Sovint, aquests agregats es troben en forma de bobines i són lamel·lars, nervades i altres formes. Una mica més endavant veurem diversos tipus. Però la classificació dels intercanviadors de calor no acaba aquí.
Unitats de regeneració i calefacció elèctrica
En aquest cas, igual que en l'anterior, la superfície d'intercanvi de calor s'utilitza per transferir energia calorífica. Tanmateix, aquesta superfície és una mena de broquet. Té el paper de mitjà acumulatiu intermedi que acumula calor. En general, tot el procés es pot dividir en diverses etapes. En la primera etapa, el broquet percep una certa quantitat de calor. A continuació, hi ha una transició a la segona etapa i el refrigerant es transfereix a la superfície del broquet. Això passa quan es canvia el flux de refrigerants. En aquesta etapa, el broquet es refreda gradualment i la calor acumulada s'allibera a l'ambient escalfat, que pot ser la vostra habitació.
Els regeneradors són unitats no estacionàries. El broquet sovint està immòbil i els processos tèrmics es repeteixen de manera sincrònica. Els dispositius d'aquest tipus sovint s'anomenen fregadors otorres de refrigeració.
L'essència dels intercanviadors de calor amb calefacció elèctrica és que l'electricitat s'utilitza com a font principal de calor. Les instal·lacions d'arc elèctric s'utilitzen per convertir l'energia elèctrica en energia tèrmica. Poden ser tant de calefacció directa com indirecta. Els intercanviadors de calor més comuns a la indústria són els escalfadors d'inducció i de resistència. Com podeu veure, els equips d'intercanvi de calor poden ser diferents, ara analitzarem cada tipus, el seu abast i les seves característiques de disseny.
Bescanviadors de calor en espiral
El dispositiu és un parell de canals en espiral. Normalment s'enrotllen al voltant de la partició central. Per fer-ho, estan fets de material enrotllat. Val la pena assenyalar que els intercanviadors de calor en espiral són molt adequats per escalfar i refrigerar fluids amb una alta viscositat.
En general, la superfície de calefacció està formada per dues làmines de metall, que s'uneixen al nucli mitjançant una soldadura. La unitat en si consta només de 2 canals, generalment rectangulars, fets en forma d'espiral. L'extrem de l'espiral (interior) té una paret divisòria i es fixa amb passadors. Els intercanviadors de calor es poden fer tant verticals com horitzontals. Si no és possible instal·lar un tipus a causa d'un espai insuficient o d'una configuració complexa de l'habitació, s'utilitza el segon, més preferible. També és interessant que el consumidor pugui triar espiralintercanviadors de calor amb diferents amplades d'espiral, de 20 a 150 centímetres. Al mateix temps, la superfície de calefacció pot variar entre 3,2 i 100 metres quadrats amb una pressió màxima del sistema d'1 MPa.
Cal tenir en compte que aquest equip d'intercanvi de calor té una sèrie d'avantatges importants. En primer lloc, és una resistència hidràulica reduïda. En segon lloc, compacitat i alta eficiència i intensitat de transferència de calor. Però tot això va contribuir al fet que hi havia inconvenients en forma de disseny i reparació complexos.
Sobre els intercanviadors de calor de plaques
Actualment es fabriquen intercanviadors de calor de plaques plegables i no separables. Naturalment, el primer tipus és més preferible per moltes raons. En primer lloc, és la facilitat de manteniment. Aquests equips es desmunten i es munten molt ràpidament, de manera que qualsevol avaria s'elimina en poc temps. Els models no separables normalment no es reparen, i si ho són, molt més temps.
En realitat, el nom indica que aquest equip està format per un paquet de plaques prefabricades. Es poden fabricar amb diferents materials com ara coure, titani, grafit, etc. Gairebé sempre, per millorar les propietats de rendiment, les planxes es fan corrugades. En els intercanviadors de calor de plaques, els fluxos de refrigerant fred i calent passen per capes.
L'equip en si és bo perquè té un disseny competent. Això va permetre augmentar l'àrea de la superfície d'intercanvi de calor i encaixar tot això en dimensions relativament petites. En qualsevol cas, abans de comprar, es realitza un càlcul dels intercanviadors de calor, que permet obtenir dades de quanta potència necessita el dispositiu en un cas concret. S'ha d'entendre que totes les plaques que s'uneixen en un paquet formen canals entre elles a causa de la mateixa forma. El fluid flueix per ells. Bé, ara veurem alguns detalls més interessants relacionats amb aquest equip.
Usant juntes
Com s'ha indicat anteriorment, l'element principal de la transferència de calor són les plaques. Estan estampats en fred. Per a això, s'utilitzen aliatges resistents a la corrosió, que poden augmentar significativament la durabilitat i l'eficiència de la unitat. El gruix de les plaques, segons el model, pot variar entre 0,4 i 1,0 mm. En la posició de treball, les plaques estan fortament pressionades les unes contra les altres. En aquest cas, es formen petits canals ranurats. A la part frontal hi ha una ranura especial, s'hi instal·la una junta de goma (segell). A més, les juntes tenen forats necessaris per al subministrament i eliminació de fluid. En cas que un dels forats es trenqui, es disposa d'un sistema de ranures de drenatge per evitar la barreja de mitjans freds i calents.
A causa de la creació d'un contracorrent entre els dos mitjans, es va poder aconseguir no només una millora en la temperatura establerta, sinó també una transferència de calor més ràpida amb resistències hidràuliques relativament petites. No seria superflu dir que el principi bàsic de funcionament es basa en el contracorrent, és a dir, el moviment de la calefacció ifluid de calefacció en diferents direccions. Per evitar la barreja, s'instal·la un segell de goma doble o una placa metàl·lica. El nombre de plaques i canals pot variar en funció dels requisits operatius de l'equip. Abans de la creació, es realitza un càlcul tèrmic dels intercanviadors de calor, que permet determinar el mode de funcionament òptim. De vegades s'utilitzen aliatges cars que no tenen por del funcionament a llarg termini en un entorn agressiu.
Intercanviadors de calor amb aletes de plaques
PRT s'utilitzen per transferir calor en medis gasosos i no agressius en un ampli rang de temperatures, de -270 a +200 graus centígrads. En aquest cas, la pressió del sistema pot arribar a les 100 atmosferes i partir del buit. El disseny es basa en la idea d'aplicar una superfície nervada a banda i banda de les plaques. El producte en si consta de diverses costelles, gràcies a les quals es realitza la transferència de calor entre els mitjans. Val la pena assenyalar que és l'intercanviador de calor de plaques aletes que té una gran varietat de formes d'aletes. Això us permet modificar lleugerament les característiques operatives i tècniques. Molt sovint es poden veure costelles contínues i ondulades. Però a més d'aquestes, també n'hi ha de més exòtiques, com les perforades i les escates. La xapa metàl·lica s'utilitza normalment com a material. El seu gruix és ajustable en funció de la pressió del sistema i del fluid utilitzat.
Sovint, aquests tipus d'intercanviadors de calor es fan amb diferents tipus de flux. Molt sovint, s'utilitza contraflux, però també n'hi hacircuits rectes i creuats. Si parlem breument dels punts forts d'aquests equips, n'hi ha molts. En primer lloc, aquestes són propietats operatives, com ara la transferència de calor ràpida i intensiva. En segon lloc, és de mida petita. Avui dia, molts diuen que els intercanviadors de calor amb aletes són els més avançats. Molt sovint, el PRT s'utilitza en indústries com l'energia, la refinació del petroli, la química i l'aviació. Tot això es deu a un gran nombre d'avantatges, així com a una àmplia gamma de fluids i pressions utilitzades en el sistema.
Intercanviador de calor de carcassa i tub: disseny i característiques
L'equip d'intercanvi de calor de tipus superficial, que ja hem revisat, no és tan popular com les unitats de carcassa i tub. Aquests són només els dispositius que es van esmentar al principi, en la versió més senzilla: aquest és el sistema "pipe in pipe". Un intercanviador de calor d'aquest tipus és un sistema (bundle) de tubs que es col·loquen en una carcassa. Els tubs s'enrotllen i es solden al cos del producte. En alguns casos, també s'escalden. Això es fa per garantir l'estanquitat al 100%. El cos es subministra amb broquets addicionals. Alguns són necessaris per subministrar vapor, altres per a l'eliminació de condensats. A més, hi ha reixes transversals a la carcassa, que s'utilitzen per suportar els tubs d'intercanvi de calor al llarg de tota la longitud de la unitat. Curiosament, els intercanviadors de calor de carcassa i tub s'utilitzen a temperatures des de 190 graus centígrads opressions de vapor saturat superiors a 15 bar.
Qualsevol sistema que impliqui moviment de fluids pot patir un cop d'ariet. Aquest fenomen és capaç de desactivar parcialment o completament l'equip. Per evitar que això passi, s'utilitzen diversos tipus d'elements d'emmagatzematge, els anomenats tancs d'expansió. Però en el nostre cas, això no és necessari, perquè els intercanviadors de calor de carcassa i tub són molt resistents. A més, no hi ha requisits estrictes per a la neteja del medi ambient. Un desavantatge important d'aquests equips és que tots els tipus d'intercanviadors de calor d'aquest tipus són molt intensius en metalls, la qual cosa afecta el cost final i les dimensions.
Bescanviadors de calor per a equips de gas
No és cap secret que qualsevol caldera de combustible sòlid o gas té un intercanviador de calor en el seu disseny, també s'anomenen calefactors. Ja hem considerat els principals tipus. Com probablement heu notat, aquests o aquests tipus s'utilitzen en diverses indústries. Alguns dispositius han trobat una aplicació més àmplia, d' altres s'utilitzen en determinades indústries i no s'ajusten a altres. En el nostre cas, es fa l'ús d'intercanviadors de calor tubulars i de plaques. En el primer cas, estem davant d'un sistema de tubs, en el segon, amb plaques. En principi, independentment del tipus, un intercanviador de calor per a un guèiser ha de complir una sèrie de requisits. En primer lloc, tenir un alt coeficient de transferència de calor, i en segon lloc, ser durador i resistent a les altes temperatures. Els materials més populars són coure, alumini iacer. L'última opció és menys preferible, ja que aquest metall és pesat, la qual cosa redueix l'eficiència. En qualsevol cas, l'intercanviador de calor del guèiser ha de servir almenys 5 anys.
Conclusió
Així que vam revisar els principals tipus d'intercanviadors de calor. Espècies com la closca i la placa es van deixar sense atenció. En principi, es diferencien lleugerament dels clàssics lamel·lars o acanalats. Però sovint podeu trobar estufes de bany amb un intercanviador de calor amb una carcassa. Tanmateix, la característica clau és que l'equip és resistent a altes temperatures i pressions de funcionament. La carcassa pot ser de materials com titani, acer inoxidable o acer al carboni. És interessant que les estufes de bany amb intercanviador de calor de closca i plaques estiguin ben regulades per al vapor o el condensat, la qual cosa, sens dubte, és un avantatge important. En principi, això pot completar la història, ja que ara ja saps tot el que necessites sobre els intercanviadors de calor.
