Vi siete mai chiesti quali siano gli eroi non celebrati dei processi industriali? In questo post ci immergeremo nell'affascinante mondo degli scambiatori di calore, i dispositivi essenziali che fanno funzionare silenziosamente le nostre macchine. In qualità di ingegnere meccanico esperto, vi guiderò attraverso i vari tipi di scambiatori di calore, le loro caratteristiche uniche e il modo in cui trasferiscono efficacemente il calore tra i fluidi. Preparatevi a scoprire i progetti ingegnosi che rendono possibile il nostro mondo moderno!
Ogni segmento di involucro viene definito "singolo passaggio". Il tubo interno (tubo di trasferimento del calore) del passaggio è collegato da tubi a gomito a forma di U, mentre il tubo esterno è collegato in file con tubi corti e fissato sul supporto. Il calore viene trasferito da un fluido all'altro attraverso la parete del tubo interno. In genere, il fluido caldo (fluido A) viene introdotto dalla sezione superiore, mentre il fluido freddo (fluido B) viene introdotto dalla sezione inferiore. Entrambe le estremità del tubo esterno del casing sono collegate al tubo interno mediante saldatura o flange. Il tubo interno e il tubo a U a gomito sono collegati da flange, che facilitano la pulizia e l'aumento o la riduzione dei tubi di trasferimento del calore. La lunghezza effettiva di ciascun tubo di trasferimento del calore è compresa tra 4 e 7 metri. L'area di trasferimento del calore di questo scambiatore di calore può raggiungere i 18 metri quadrati, rendendolo adatto allo scambio di calore su piccola scala.
La struttura semplice e la capacità di sopportare pressioni elevate lo rendono adatto a diverse applicazioni. Inoltre, l'area di trasferimento del calore può essere facilmente regolata per soddisfare le diverse esigenze.
Le giunzioni tra i tubi sono numerose e soggette a perdite. Inoltre, occupa una quantità significativa di spazio e richiede una notevole quantità di metallo per unità di superficie di trasferimento del calore.
La struttura di uno scambiatore di calore a testa flottante è costituita da un cilindro, una flangia laterale del coperchio della testa esterna, una piastra tubolare della testa flottante, un anello a gancio, un coperchio della testa flottante, un coperchio della testa esterna, fori per le viti, un anello in acciaio e altro ancora. Il design della testa galleggiante con gancio e anello è illustrato nella figura che segue.
Quando c'è una differenza di temperatura tra il tubo di scambio termico e l'involucro, l'involucro o il tubo di scambio termico non si inibiscono a vicenda e non creano stress da differenza di temperatura. Il fascio di tubi può essere estratto dall'involucro per facilitare la pulizia interna e tra i tubi.
La struttura è complessa e comporta un'elevata quantità di materiali e costi. Se la guarnizione tra il coperchio della testa galleggiante e la piastra del tubo galleggiante non è a tenuta, può causare perdite interne, con conseguente miscelazione dei due fluidi.
Questo tipo di scambiatore di calore modella i tubi metallici in varie forme adatte al contenitore e li immerge nel liquido all'interno del contenitore.
Ha una struttura semplice e può sopportare pressioni elevate, oltre a essere realizzato con materiali resistenti alla corrosione.
Il grado di turbolenza del liquido nel contenitore è basso e il coefficiente di trasferimento del calore all'esterno del tubo è ridotto. Per migliorare il coefficiente di trasferimento del calore, è possibile installare un agitatore nel contenitore.
Lo scambiatore di calore a piastre è un'apparecchiatura ideale per condurre lo scambio di calore tra liquidi e tra un liquido e un vapore. Si tratta di uno scambiatore di calore altamente efficiente costituito da una serie di piastre ondulate. lamiere di metallo.
Il principio strutturale dello scambiatore di calore a piastre consiste in lastre multiple ondulate pressate insieme a un intervallo fisso, sigillate con guarnizioni e tenute in posizione da telai e viti di compressione. I quattro angoli delle lastre e delle guarnizioni formano i tubi di distribuzione e raccolta del fluido. I fluidi freddi e caldi sono separati e scorrono attraverso i canali di flusso su entrambi i lati di ciascuna piastra, dove avviene lo scambio di calore attraverso le piastre.
Lo scambiatore di calore è composto da un deflettore, un anello di compensazione e un ugello di rilascio del calore. Quando il fluido scambia calore ad alta temperatura, l'anello di compensazione elimina le sollecitazioni termiche causate dalla grande differenza di temperatura tra il mantello e il fascio tubiero, dovuta ai diversi tassi di espansione termica.
Lo scambiatore di calore ad alette è un dispositivo di trasferimento del calore efficiente, compatto e leggero. In passato, l'elevato costo di produzione ne limitava l'uso a pochi settori, come quello aerospaziale, elettronico e dell'energia atomica. Tuttavia, è stato gradualmente adottato nel settore petrolchimico e in altri settori industriali. Esistono varie forme strutturali di scambiatori di calore ad alette, ma gli elementi di base rimangono gli stessi: due sottili piastre metalliche parallele con alette metalliche ondulate o sagomate aggiunte nel mezzo per sigillare i lati, formando un'unità di base per lo scambio di calore.
Una camicia viene installata sulla parete esterna del contenitore, creando uno spazio tra la camicia e il contenitore che funge da percorso per il riscaldamento o la mezzo di raffreddamento. Tuttavia, la superficie di trasferimento del calore è limitata dalla parete del recipiente, con conseguente basso coefficiente di trasferimento del calore. Per migliorare il coefficiente e garantire un riscaldamento uniforme del liquido nel contenitore, è possibile installare un agitatore. Inoltre, quando si introducono acqua di raffreddamento o agenti riscaldanti senza cambiamento di fase, si possono inserire nella camicia dei deflettori a spirale o altre misure che aumentano la turbolenza, migliorando ulteriormente il coefficiente di trasferimento del calore su un lato della camicia.
Struttura semplice e lavorazione conveniente.
Area di trasferimento del calore ridotta e bassa efficienza di trasferimento del calore.
Lo scambiatore di calore a tubi a U è composto da tubi di scambio termico piegati a forma di U, con entrambe le estremità fissate sulla stessa piastra tubiera. Il mantello e i tubi di scambio termico sono separati, consentendo al fascio di tubi di espandersi e contrarsi liberamente senza generare tensioni da differenza di temperatura. Questo scambiatore di calore ha una struttura semplice, con una sola piastra tubiera e nessuna testa flottante. Il fascio tubiero può essere facilmente estratto e installato per la pulizia, rendendolo comodo da usare.
Tuttavia, la forma a U dei tubi con raggi di curvatura diversi fa sì che solo il tubo di scambio termico più esterno possa essere sostituito se danneggiato, mentre gli altri devono essere bloccati. Inoltre, lo spazio al centro del fascio di tubi, causato dalla limitazione del raggio di curvatura dei tubi di scambio termico può provocare un cortocircuito del fluido, compromettendo le prestazioni di trasferimento del calore.
I vantaggi di uno scambiatore di calore a tubi a U includono:
La struttura è semplice, con una sola piastra tubiera e un numero ridotto di superfici di tenuta, per garantire un funzionamento affidabile e un costo ridotto. Il fascio di tubi può essere facilmente rimosso per una comoda pulizia tra i tubi.
Il tubo è difficile da pulire;
A causa del requisito di un certo raggio di curvatura, il tasso di utilizzo della lamiera tubolare è basso;
La distanza tra i tubi più interni del fascio di tubi è grande, il che provoca un potenziale cortocircuito sul lato dell'involucro;
Se il tubo interno si rompe, non può essere sostituito e deve essere bloccato, con conseguente alto tasso di scarto.
Lo scambiatore di calore tubolare è attualmente il tipo di scambiatore di calore più utilizzato nell'industria chimica e nella produzione di alcolici. È costituito da componenti come il mantello, la lamiera tubolare, i tubi di scambio termico, la testa e il deflettore. I materiali utilizzati possono essere acciaio al carbonio, rame rosso o acciaio inossidabile.
Nel processo di scambio termico, un fluido entra attraverso un tubo di collegamento nella testata, scorre attraverso i tubi ed esce attraverso il tubo di uscita all'estremità opposta della testata, detto lato tubi.
Nel frattempo, un altro fluido entra attraverso un tubo di collegamento nel mantello ed esce attraverso un altro tubo di collegamento, denominato lato mantello in uno scambiatore di calore tubolare.
Lo scambiatore di calore a piastre a spirale è un'apparecchiatura di scambio termico nuova, efficiente e stabile che può funzionare bene in combinazione con più unità. Vanta un'elevata efficienza di trasferimento del calore e una forte affidabilità di funzionamento, con una bassa resistenza.
Tuttavia, lo scambiatore di calore a piastre a spirale richiede un'altasaldatura di qualità e può essere difficile da riparare. Inoltre, a causa del peso elevato e della scarsa rigidità, occorre prestare particolare attenzione durante il trasporto e l'installazione.
Questo tipo di scambiatore di calore prevede il fissaggio di tubi di scambio termico in file su un telaio in acciaio. Il fluido caldo scorre all'interno dei tubi, mentre l'acqua di raffreddamento viene distribuita uniformemente dal dispositivo di spruzzatura soprastante. È noto anche come raffreddatore a spruzzo.
Il coefficiente di trasferimento di calore all'esterno del tubo è significativamente maggiore rispetto a quello di uno scambiatore di calore a immersione, grazie alla presenza di uno strato di film liquido ad alta turbolenza all'esterno del tubo. Inoltre, questi scambiatori di calore sono spesso collocati in aree con circolazione d'aria e l'evaporazione dell'acqua di raffreddamento rimuove anche parte del calore, contribuendo ad abbassare la temperatura dell'acqua di raffreddamento e ad aumentare la forza motrice del trasferimento di calore.
Pertanto, lo scambiatore di calore a spruzzo ha un effetto di trasferimento del calore molto migliore rispetto agli scambiatori di calore a immersione.
I tubi di calore sono un tipo di componente per il trasferimento di calore ad alta conducibilità termica. Trasferiscono il calore attraverso l'evaporazione e la condensazione del mezzo di lavoro in un involucro completamente chiuso nel vuoto.
Hanno molti vantaggi, come l'elevata conducibilità termica, il buon comportamento isotermico, la possibilità di modificare l'area di trasferimento del calore sia sul lato caldo che su quello freddo, il trasferimento di calore a lunga distanza, il controllo della temperatura e altro ancora.
Tuttavia, lo svantaggio è la scarsa resistenza all'ossidazione e alle alte temperature. Questo inconveniente può essere affrontato installando uno scambiatore di calore in ceramica nella parte anteriore, che risolve il problema della resistenza alle alte temperature e alla corrosione.
Attualmente, i tubi di calore sono ampiamente utilizzati in settori quali la metallurgia, la chimica, la raffinazione del petrolio, le caldaie, la ceramica, i trasporti, il tessile leggero, i macchinari e altri. Come mezzo per recuperare il calore di scarto e utilizzare l'energia termica nel processo, i tubi di calore hanno mostrato notevoli vantaggi economici.
In qualità di fondatore di MachineMFG, ho dedicato oltre un decennio della mia carriera al settore della lavorazione dei metalli. La mia vasta esperienza mi ha permesso di diventare un esperto nei campi della fabbricazione di lamiere, della lavorazione, dell'ingegneria meccanica e delle macchine utensili per metalli. Penso, leggo e scrivo costantemente su questi argomenti, cercando di essere sempre all'avanguardia nel mio campo. Lasciate che le mie conoscenze e la mia esperienza siano una risorsa per la vostra azienda.
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