Schimbător de căldură

Cap I Referat privind schimbatorul de caldura si transportul fluidelor

1.1 Transferul termic prin convectie si radiatie

Caldura se transfera prin trei mecanisme: mecanism conductiv, mecanism convectiv si mecanism radiativ .

Prin conductie, caldura se transporta din aproape in aproape prin impact molecular. Moleculele situate in zonele cu temperatura mai mare ale corpului au o miscare de vibratie in jurul pozitiilor de echilibru mai intensa decat moleculele dintr-o zona alaturata cu temperatura mai mica.

Convectia se intalneste la fluidele in curgere (miscare). Intr-un fluid in curgere caldura este transportata de agregate moleculare macroscopice care se deplaseaza in interirorul lui. Convectia este de doua tipuri: convectie naturala si convectie fortata.

Miscarea fluidului de-a lungul suprafetei de transfer de caldura determina intensitatea transferului de caldura intre suprafata si fluid. Fluxul de caldura transferat se poate exprima prin relatia:

(1)

Unde:

Q - flux termic, W

α - coeficient partial de transfer termic, W/m2•K

Tp – temperatura suprafetei de transfer termic, K

Ta – temperatura fluidului, K

Radiatia reprezinta emisia undelor electromagnetice de catre corpuri intr-un interval limitat de lungimi de unda. Din acest interval radiatia termica ocupa un spatiu ingust de la 0,1 μm pana la 100 μm.

Debitul termic transportat radiativ este proportional cu temperatura la puterea a 4-a si nu presupune purtatori materiali.

Mecanismul radiativ are trei etape:

1. Emisia – datorata in principal miscarilor oscilatorii ale sarcinilor electrice, are loc cu un aport energetic din interiorul corpului si este de natura termica.

2. Propagarea radiatiei termice – este liniara. iar undele sunt sferice, viteza de propagare este viteza luminii, ceea ce face ca pentru aplicatii practice propagarea sa fie instantanee.

3. Absorbtia – este dependenta de suprafata, se datoreaza interactiunii dintre unda electromagnetica si campul electric al sarcinilor in cauza.

1.1.1 Condensarea (vapori – gaze necondensabile)

Prin condensare se inteleg utilajele in care fluidul principal tehnologic este adus din starea de vapori in stare lichida cu ajutorul unui agent de racire. Din acest punct de vedere nu pot fi incadrate in aceasta categorie, utilajele in care incalzirea unui fluid prin intermediul condensarii vaporilor de apa, deoarece acestia din urma au rolul de transportor de caldura, incalzirea putandu-se face cu orice alt fluid (apa calda, gaze de ardere).

Condensatoarele, dupa compozitia fluidului tehnologic, se clasifica in:

- condensatoare monocomponent;

- condensatoare multicomponent;

- condensatoare pentru amestecuri cu gaze necondensabile, cand in amestec unul sau mai multe fluide aflate mult deasupra punctului lor critic fata de restul componentilor.

Din punct de vedere al contactului dintre fluide, se deosebesc:

- condensatoare de suprafata, cand cele doua fluide sunt separate de o suprafata de o anumita forma prin care are loc tranferul termic;

- condensatoare de amestec in care are loc amestecarea celor doua fluide.

In privinta starii fluidului tehnologic, la iesirea din condensator se pot distinge trei situatii:

- fluidul partial condensat;

- condens la punctul de fierbere;

- condens racit, aflat la o temperatura mai joasa decat punctul de fierbere.

La condensatoarele multicomponent la care toti componentii incep sa condenseze la atingerea punctului de roua este necesar ca schimatorul sa fie impartit in zone. Aceasta rezulta din faptul ca odata cu modificarea temperaturii in aparat de la punctul de roua la punctul de fierbere compozitia variaza continuu. Exista doua posibilitati de a dimensiona condensatorul, una facand apel la bilantul diferential si alta din scrierea ecuatiei de transfer termic sub forma: