Schimbătoare de Căldură în Spirală

Cap.I Schimbatoare de caldura

1.Introducere

Schimbătoarele de căldură sunt aparate destinate transferului de căldură de la unii agenţi termici la alţi agenţi termici. In aceste aparate se pot desfăşura diverse procese termice: variaţia temperaturii, evaporare, fierbere, condensare, topire, solidificare şi, în sfîrşit, procese combinate mult mai complexe. Schimbătoarele de căldură pot funcţiona în instalaţiile industriale ca organe principale, cand reprezintă părţi componente ale unor procese tehno¬logice 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 sunt: asigurarea unui schimb de căldură cat mai intens între agenţii termici, respectarea regi¬mului de temperaturi cerut de procesul tehnologic, ridicarea siguranţei, secu¬rităţii şi fiabilităţii în exploatare, realizarea într-o construcţie cat mai simplă, compactă, economică din punctul de vedere al investiţiei şi al exploatării.

Mediile sau fluidele purtătoare de căldură între care se realizează trans¬ferul de căldură poartă numele de agenţi termici. La un schimbător de căldură se deosebesc: agentul termic primar (cald), reprezentat de fluidul cu tem¬peratura ridicată şi agentul sau agenţii termici secundari (reci), reprezentaţi de fluidele cu temperatură coborată

Intensitatea schimbului de căldură, compactitatea, fiabilitatea şi siguranţa în exploatare, precum şi economicitatea în funcţionare a schimbătoarelor de căldură sînt determinate, în mare măsură, de caracteristicele agenţilor termici. Astfel, pentru realizarea unui schimb de căldură cat mai intens, şi deci a unor aparate cat mai compacte, agenţii termici trebuie să aibă greutatea specifică mare, căldura specifică ridicată, viscozitate mică, căldură latent 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; pro¬prietatea de a avea temperaturi mari la presiuni mici, depuneri uşor îndepărtabile de pe suprafeţele de schimb de căldură cu mijloace tehnico-economice şi cu întreruperi în funcţionare cat mai reduse; gradul de răspandire şi costul redus al agenţilor termici influenţează micşorarea cheltuielilor de investiţii şi de exploatare a schimbătoarelor de căldură.

In funcţie de destinaţie, de condiţiile funcţionale şi de cele economice, în calitate de agenţi termici se pot folosi: apa, aburul, gazele de ardere, aerul, uleiul, metale topite, diferite soluţii de săruri şi amestecuri de lichide, combi¬naţii organice silicioase etc.

Agenţii termici cei mai frecvent folosiţi sunt: apa, aburul, gazele de ardere şi aerul. Alegerea agenţilor termici se face pe baza unui studiu în care se are în vedere pe langă condiţiile specifice impuse de procesul tehnologic în care este inclus schimbătorul de căldură şi avantajele şi dezavantajele pe care le presupune folosirea unuia sau altuia dintre agenţii termici disponibili în fiecare caz în parte. Din acest punct de vedere, pentru agenţii termici cei mai frecvent folosiţi, se pot menţiona următoarele:

-în cazul apei, principalele avantaje constau: în coeficientul ridicat de schimb de căldură, căldură latentă de vaporizare mare, gradul de răspîndire, costul redus, posibilităţi de transport la distanţe mari (de ordinul kilometrilor), pierderi de căldură mici (cca. l°C/km); dezavantajele constau în dependenţa temperaturii de presiune, precum şi în necesitatea unor instalaţii de pompare pentru asigurarea circulaţiei;

-în cazul aburului, avantajele constau în: preţul relativ redus, coefi¬cientul de schimb de căldură ridicat, căldura latentă de vaporizare mare, temperatura constantă în procesul de condensare, uşurinţa transportului pe distanţe limitate; pe de altă parte, aburul prezintă dezavantajul că nu poate fi transportat la distanţe mari, temperatura depinde de presiune, iar menţinerea coeficientului ridicat de schimb de căldură impune separarea şi evacuarea condensatului din aparatele schimbătoare de căldură;

-în cazul gazelor de ardere, principalul avantaj constă în independenţa temperaturii de presiune, ceea ce permite folosirea lor la temperaturi ridicate (peste 1000°C), chiar la presiunea atmosferică; posibilitatea redusă de trans- port, căldura specifică mică, coeficientul de schimb de căldură redus, murdă¬rirea şi uzarea rapidă a suprafeţelor de schimb de căldură, precum şi dificultatea reglării termice a aparatului constituie dezavantaje foarte importante, care limitează uneori folosirea lor;

-aerul, ca şi gazele de ardere, are principalul avantaj al independenţei temperaturii de presiune; prezentînd însă şi aceleaşi dezavantaje, utilizarea aerului ca agent termic este impusă de procesul tehnologic.