Schimbatoare de Caldură

SCHIMBATOARE DE CALDURA

3.1 CLASIFICARI, TIPURI SI DATE CONSTRUCTIVE

Schimbatoarele de caldura sunt aparate (utilaje) în care se realizeaza procese (operatii) de transfer de cadura între doua fluide.

3.1.1. CLASIFICARI

Clasificarea schimbatoarelor de caldura se poate face din mai multe puncte de vedere, dintre care trei sunt mai importante:

- clasificarea dupa procesul principal de transfer de caldura;

- clasificarea dupa modul de contactare a fluidelor;

- clasificare dupa tipul constructiv al aparatului

I.Dupa procesul principal de transfer de caldura, se deosebesc numeroase clase de aparate, ca de exemplu: preâncalzitoare, racitoare, condensatoare, racitoare-condensatoare, refierbatoare, vaporizatoare, cristalizatoare, regeneratoare ( schimbatoare de caldura propriu-zise) etc

II.Dupa modul de contactare a fluidelor, se deosebesc trei clase de aparate: schimbatoare de caldura de suprafata, schimbatoare de caldura prin contact direct ( de amestec) si schimbatoare de caldura cu fluid intermediar stationar

Schimbatoarele de caldura de suprafata se caracterizeaza prin faptul ca cele doua fluide care schimba caldura între ele sunt separate prin pereti metalici, în majoritatea cazurilor cilindrici (tuburi). Aceste schimbatoare de caldura prin contact direct nu contin pereti despartitori si cum fluidele vin în contact nemijlocit,transferul de caldura este însotit si de un proces de transfer de masa.

Schimbatoarele de cadura cu fluid intermediar stationar sunt de conceptie mai recenta, se utilizeaza an cazuri practice caracteristice si prezinta unele avantaje specifice. Ele se caracterizeaza prin faptul ca transferul de caldura de la fluidul cald catre fluidul rece, care sunt în curgere continua prin schimbator, este mijlocit de un fluid intermediar stationat în aparat.

III. Dupa tipul constructiv al aparatului se deosebesc numeroase clase de schimbatoare, principalele tipuri fiind prezentate în cele ce urmeaza, cu exceptia schimbatoarelor de caldura cu fascicul tubular în manta care, fiind cele mai utilizate, se trateaza pe larg într-un paragraf special.

Schimbatoarele “ tub în tub” (fig.1.) constau în doua tuburi concentrice, un fluid circulând prin tubul interior, iar celalalt fluid prin spatiul inelar (inertubular).

Aceste schimbatoare prezinta avantajul de a lucra în contracurent, dar sunt voluminoase si grele, în raport cu aria de transfer.

Racitoarele si condensatoarele cu serpentina scufundata (fig.2.) constau într-o cada prevazuta cu deversor, prin care circula apa de racire si în care se afla scufundata serpentina prin care curge fluidul cald.

Racitoarele si condensatoarele cu serpentina stropita cu apa constau în câteva serpentine plasate vertical, peste care curge apa de racire dispersata în picaturi

Schimbatoarele de caldura cu placi lucreaza cu presiuni relativ mici pentru ambele fluide si au început sa fie utilizate si în industria petrochimica, ele fiind usoare si cu gabarit mic în raport cu aria de transfer. Constau în placa profilate, din metal, suprapuse si presate pentru etansare. La extremitatile placilor sunt delimitate canalele de legatura pentru fluide, acestea circulând prin spatiile libere dintre placi (fig.3.).

Racitoarele si condensatoarele cu aer ( fac obiectul unui paragraf separat) constau într-un fascicul de tuburi prevazute la exterior cu aripioare transversale circulare, peste care circula împins de ventilatoare aerul atmosferic

Racitoarele si condensatoarele prin contact direct ( fac obiectul unui paragraf separat) constau în coloane de contractare în contracurent, cu sau fara umplutura, pentru doua fluide nemiscibile (gaz-lichid sau lichid-lichid).

Schimbatoarele din fig.5 si 6 functioneaza cu doua pasuri în tuburi ( initial curgere de la stânga la dreapta si apoi de la dreapta spre stânga; în raport cu cazul unui singur pas, sectiunea de curgere s-a redus la jumatate, iar viteza s-a dublat), iar din fig.7. cu patru pasuri în tuburi.

Pentru majorarea vitezei fluidului din manta, pot fi utilizate sicane longitudinale. În fig.7. prin prezenta unei astfel de sicane, se realizeaza doua pasuri în manta. Se constata la acest schimbator, cu 2 pasuri în manta si 4 pasuri în tuburi, ca global fluidele circula în sens invers ( unul de jos în sus si celalalt de sus în jos)

În majoritatea cazurilor practice, în manta se utilizeaza sicane transversale