Cos’è uno scambiatore di calore?

Vuoi saperne di più sugli scambiatori di calore? A cosa servono e come funzionano? Questa pagina di FAQ è una buona introduzione all’argomento.

Indice delle domande frequenti;

Generale

1. Che cos’è uno scambiatore di calore
2. Quali tipi di scambiatori di calore sono disponibili?

Progettazione di uno scambiatore di calore

1. Come viene progettato uno scambiatore di calore?
2. Scambiatori di calore marini
3. Con quali fluidi può funzionare uno scambiatore di calore?
4. A cosa si riferisce un “passaggio” di scambiatore di calore e di quanti ne ho bisogno?
5. Come rendere più efficiente il design di uno scambiatore di calore
6. Quali scambiatori di calore specifici dell’industria può fornire Thermex?

Commissioning/Installazione

1. Come installare uno scambiatore di calore
2. Come aumentare la durata di uno scambiatore di calore
3. Cosa causa il malfunzionamento di uno scambiatore di calore? Che cos’è uno scambiatore di calore?

   In parole povere, uno scambiatore di calore è un dispositivo che trasferisce il calore da un mezzo ad un altro, un raffreddatore d’olio idraulico, ad esempio, rimuoverà il calore dall’olio caldo utilizzando acqua fredda o aria. In alternativa, uno scambiatore di calore per piscina utilizza l’acqua calda di una caldaia o di un circuito di acqua riscaldata dal sole per riscaldare l’acqua della piscina. Il calore è trasferito per conduzione attraverso i materiali dello scambiatore che separano i mezzi utilizzati. Uno scambiatore di calore a fascio tubiero fa passare i fluidi attraverso e sopra i tubi, mentre uno scambiatore di calore raffreddato ad aria fa passare l’aria fredda attraverso un nucleo di alette per raffreddare un liquido.

   2. Quali tipi di scambiatori di calore sono disponibili?

   Ci sono molti tipi diversi di scambiatori di calore disponibili, i tre tipi principali che Thermex fornisce sono;

   

   Shell and Tube; Gli scambiatori di calore a fascio tubiero consistono in un gran numero di piccoli tubi che si trovano all’interno di un guscio cilindrico. I tubi sono posizionati all’interno del cilindro utilizzando un fascio di tubi o “stack di tubi” che può avere piastre di tubi fisse (permanentemente fissate al corpo) o, nel caso degli scambiatori di calore Thermex, uno stack di tubi galleggiante che permette al fascio di tubi di espandersi e contrarsi al variare delle condizioni di calore, oltre a permettere al fascio di tubi di essere facilmente rimosso per la manutenzione.

   

   Tipo a piastre; Gli scambiatori di calore a piastre funzionano in modo molto simile a uno scambiatore di calore a fascio tubiero, utilizzando una serie di piastre impilate piuttosto che tubi. Gli scambiatori di calore a piastre sono solitamente brasati o con guarnizione a seconda dell’applicazione e dei fluidi utilizzati. La loro costruzione compatta in acciaio inossidabile li rende una scelta ideale per l’uso con i refrigeranti o nella lavorazione di alimenti e bevande.

   

   Raffreddato ad aria; Gli scambiatori di calore raffreddati ad aria sono comunemente usati nei veicoli o in altre applicazioni mobili dove non è disponibile una fonte permanente di acqua fredda. Thermex progetta e fornisce pacchetti di raffreddamento combinati (o combi-cooler) che combinano un radiatore ad acqua per le camicie del motore, un radiatore dell’olio e un radiatore dell’aria di carica in una singola unità, riducendo le esigenze di spazio e migliorando l’efficienza. L’aria fredda è fornita da una ventola o dal flusso d’aria causato dal movimento del veicolo.

   Progettazione di uno scambiatore di calore

   1. Come viene progettato uno scambiatore di calore?

   Per poter scegliere uno scambiatore di calore, dobbiamo sapere;

   • Tipo di fluido del circuito primario, temperatura e portata (di solito il fluido caldo)
   • Cosa si vuole estrarre dal circuito primario (dissipazione di calore o temperatura di uscita desiderata)
   • Tipo di fluido del circuito secondario, temperatura e portata (di solito il refrigerante)

   I campi sopra sono solo le basi. Quando mettete insieme una richiesta, dovreste anche informare Thermex di eventuali limitazioni di perdita di pressione e di qualsiasi altro requisito speciale.

   Si prega di cliccare qui per scaricare il modello di scheda tecnica Thermex che evidenzia i campi necessari per la selezione dello scambiatore di calore. La scheda tecnica dovrebbe anche essere salvata e inviata a noi se avete bisogno di un preventivo per uno scambiatore di calore.

   • Scambiatori di calore a fascio tubiero – Modulo di richiesta

   Non esitate a contattarci se avete bisogno di assistenza con il modulo.

   2. Scambiatori di calore marini

   I principi di funzionamento di uno scambiatore di calore marino sono gli stessi di un refrigeratore progettato per l’uso in acqua dolce, la considerazione principale per il progettista è però che lo scambiatore di calore marino deve essere resistente all’erosione o alla corrosione causata dall’acqua marina. Questo significa che i materiali che entrano in contatto con l’acqua di mare devono essere adatti, come 90/10 Cupro-Nickel, 70/30 Cupro-Nickel, Bronzo e Titanio.

   Ci sono altri fattori che devono essere presi in considerazione quando uno scambiatore di calore marino viene progettato. Uno è la velocità, se è troppo bassa allora c’è il rischio che la sabbia e altre particelle blocchino i tubi. Se invece è troppo veloce, quelle stesse particelle possono erodere rapidamente la piastra e i tubi.

   Un’ulteriore protezione può essere fornita dall’installazione di un anodo sacrificale che Thermex può includere su richiesta. Questo sarà installato nel foro filettato normalmente utilizzato per un tappo di scarico ed è in contatto diretto con il flusso di acqua di mare.

   3. Con quali fluidi può funzionare uno scambiatore di calore?

   L’idoneità di un fluido con uno scambiatore di calore dipende dal tipo di scambiatore di calore utilizzato e dai materiali disponibili. Gli scambiatori di calore Thermex standard sono adatti alla maggior parte dei fluidi, compresi olio, acqua, acqua glicolata e acqua di mare. Per i fluidi più corrosivi come l’acqua salata clorata, i refrigeranti e gli acidi dovranno invece essere utilizzati altri materiali come l’acciaio inossidabile e il titanio.

   4. Cos’è il Cross Over della temperatura?

   Il cross over della temperatura è un termine usato per descrivere lo scenario in cui le temperature di entrambi i circuiti in uno scambiatore di calore raffreddato a liquido iniziano a incrociarsi. Questo può essere un fattore importante nella progettazione di uno scambiatore di calore perché l’efficienza di un refrigeratore sarà significativamente ridotta quando le temperature si incrociano. In molti casi, uno scambiatore di calore a piastre è l’opzione migliore per le applicazioni in cui l’incrocio delle temperature non può essere evitato.

   	Olio	Acqua
   Temperatura in ingresso Temperatura	80	30
   Temperatura di uscita	50	51.5
   Velocità di flusso	25 L/min	15 L/min

   La tabella precedente dimostra che la temperatura di uscita dell’acqua di raffreddamento è leggermente superiore alla temperatura di uscita dell’olio. Un modo semplice per combattere questo e aumentare l’efficienza del radiatore dell’olio è quello di aumentare la portata del liquido di raffreddamento. In questo particolare esempio, aumentando la portata dell’acqua a 25 L/min si ridurrebbe la temperatura di uscita dell’acqua a 43°C

   5. Cos’è un “passaggio” di scambiatore di calore e come faccio a sapere di quanti passaggi ho bisogno?

   Un passaggio di scambiatore di calore si riferisce al movimento di un fluido da un’estremità dello scambiatore di calore all’altra. Per esempio, quando ci si riferisce al circuito “through tubes” (di solito il refrigerante); – Single Pass – Il fluido entra da un’estremità dello scambiatore di calore, ed esce dall’altra estremità. – Doppio passaggio – Il fluido entra ed esce dallo scambiatore di calore alla stessa estremità. – Triple Pass – Il fluido percorre la lunghezza del corpo dello scambiatore di calore tre volte prima di uscire. Le immagini qui sotto aiuteranno a dimostrarlo;

   Single Pass (1 passaggio)

   

   Double Pass (2 passaggi)

   

   Triple Pass (3 passaggi)

   

   • Un numero maggiore di passaggi aumenta la quantità di trasferimento di calore disponibile, ma può anche portare ad un’alta perdita di pressione e ad un’alta velocità.
   • Con una serie completa di dati operativi, Thermex può selezionare lo scambiatore di calore più efficiente possibile pur lavorando entro i limiti di perdita di pressione e velocità.
   • Il numero di passaggi sul circuito primario può anche essere regolato per ottimizzare le prestazioni termiche e l’efficienza cambiando la quantità e il passo dei deflettori.

   6. Come rendere più efficiente uno scambiatore di calore.

   L’efficienza di uno scambiatore di calore può essere definita in molti modi, in termini di prestazioni termiche ci sono diversi fattori chiave da considerare;

   Differenziale di temperatura – Come discusso al punto 3 (temperature cross-over) la differenza tra il fluido caldo e il refrigerante è molto importante nella progettazione di uno scambiatore di calore. Il refrigerante deve essere sempre ad una temperatura inferiore a quella del fluido caldo. Le temperature più basse del refrigerante sottraggono più calore al fluido caldo rispetto alle temperature più calde del refrigerante. Se hai un bicchiere di acqua potabile a temperatura ambiente, per esempio, è molto più efficace raffreddarlo usando il ghiaccio piuttosto che solo acqua fresca, lo stesso principio si applica agli scambiatori di calore.

   Flow rate – Un altro fattore importante sono i flussi dei fluidi sia nel lato primario che in quello secondario dello scambiatore di calore. Una portata maggiore aumenterà la capacità dello scambiatore di trasferire il calore, ma una portata maggiore significa anche una massa maggiore, che può rendere più difficile la rimozione dell’energia, oltre ad aumentare la velocità e la perdita di pressione.

   Installazione – Lo scambiatore di calore dovrebbe sempre essere installato in base alle linee guida del produttore. In generale, il modo più efficiente di installare uno scambiatore di calore è con i fluidi che scorrono in controcorrente (quindi se il refrigerante viaggia da sinistra a destra, il fluido caldo viaggia da destra a sinistra) e per gli scambiatori di calore a fascio tubiero il refrigerante dovrebbe entrare nella posizione di ingresso più bassa (come mostrato nei diagrammi sopra) per garantire che lo scambiatore di calore sia sempre pieno di acqua. Per gli scambiatori di calore raffreddati ad aria è importante considerare il flusso d’aria quando si installa un refrigeratore, qualsiasi parte del nucleo che è bloccata comprometterà la capacità di raffreddamento. Per saperne di più sul controflusso e sul perché è più efficiente, leggete il nostro post sul blog “Perché gli scambiatori di calore a controflusso sono più efficienti”

   7. Quali scambiatori di calore specifici per l’industria può fornire Thermex?

   A volte, un tipo specifico di scambiatore di calore può essere selezionato in base all’industria per cui sarà utilizzato. Alcuni esempi includono;

   Idraulica e processi industriali	Raffreddatori olio idraulico (Shell and Tube) Scambiatori di calore a piastre brasate Raffreddatori d’olio raffreddati ad aria
   Marine	Raffreddatori olio marino Coolers Header Tank Heat Exchangers Manifold Heat Exchangers Titanium Heat Exchangers
   Food Process Equipment	scambiatori di calore a fascio tubiero in acciaio inox scambiatori di calore a piastra brasata
   Impianto mobile	Scambiatori di calore raffreddati ad aria Raffreddatori olio idraulico
   Power Generation	Scambiatori di calore per gas di scarico Scambiatori di calore per manicotti Scambiatori di calore per serbatoi Scambiatori di calore raffreddati ad aria
   Mining	scambiatori di calore a fascio tubiero in acciaio inox scambiatori di calore in acciaio al carbonio
   Spa e piscine Piscine	Scambiatori di calore per piscine

   Commissione e installazione

   1. Come installare uno scambiatore di calore

   Il metodo corretto di installazione dello scambiatore di calore varia a seconda del tipo esatto di unità e dell’ambiente di funzionamento. Per le istruzioni di installazione si prega di consultare uno dei nostri manuali di installazione e funzionamento

   • Scambiatori di calore a fascio tubiero – IOM
   • Scambiatori di calore a piastre saldobrasate – IOM

   2. Come aumentare la durata di vita di uno scambiatore di calore

   Gli scambiatori di calore sono costruiti con materiali robusti, non hanno parti mobili e funzionano a una varietà di pressioni e temperature diverse, quindi se uno scambiatore di calore è usato nel modo corretto, non c’è motivo per cui non dovrebbe essere in grado di rimanere operativo per molti anni. Per contribuire ad aumentare la vita operativa di uno scambiatore di calore ci sono diversi passi da fare;

   Assicurarsi che i dati di progettazione siano accurati – Se si stanno inviando dati ai nostri ingegneri per la selezione dello scambiatore di calore, allora è meglio assicurarsi che siano il più accurati possibile. Non solo questo assicurerà che il tuo scambiatore di calore sia termicamente efficiente, ma anche che sarà in grado di funzionare per un lungo periodo di tempo. Se le portate sono troppo alte allora l’erosione potrebbe essere un problema, se le pressioni sono troppo alte allora potrebbero verificarsi delle perdite e se ci sono dei prodotti chimici insoliti nei fluidi (come gli acidi nell’acqua di raffreddamento) allora contattateci per verificare la compatibilità. Se i nostri materiali standard non sono adatti, di solito possiamo fornire un’alternativa che lo è.

   Commissione e installazione – Quando si installa lo scambiatore di calore, assicurarsi che vengano utilizzati i raccordi e le tubazioni corrette. In caso di dubbi, controllare il Manuale di installazione e funzionamento Thermex per i dettagli. Per gli scambiatori di calore su applicazioni che utilizzano acqua di mare inquinata, poco profonda o salmastra come refrigerante e hanno tubi in lega di rame, si raccomanda di far funzionare lo scambiatore di calore in acqua di mare pulita per diverse settimane prima, questo crea uno strato protettivo sul materiale del tubo che aiuta a proteggere dalla corrosione. Maggiori informazioni su questo argomento possono essere trovate su www.copper.org. Dove possibile, i filtri dovrebbero essere utilizzati anche dove i fluidi possono contenere particelle solide per prevenire l’erosione dei tubi.

   Manutenzione regolare e assistenza – Tutti gli scambiatori di calore a fascio tubiero Thermex sono progettati per consentire una facile manutenzione e assistenza. I tappi terminali possono essere rimossi per consentire la rimozione del fascio tubiero interno per la pulizia. I nuovi kit di guarnizioni possono anche essere forniti da magazzino e sono disponibili per l’acquisto sul nostro Web Shop. Per informazioni e consigli sulla manutenzione del vostro scambiatore di calore, si prega di consultare il Manuale di installazione e funzionamento Thermex.

   3. Cosa causa il guasto di uno scambiatore di calore in funzione?

   Ci sono molte possibili cause di guasto di uno scambiatore di calore, alcuni esempi per gli scambiatori a fascio tubiero includono;

   Sintomo	Possibile causa	Possibile soluzione	Prevenzione
   Miscelazione di olio e acqua	Fallimento dell’O Ring	Normalmente un kit di tenuta è tutto ciò che è necessario per risolvere il problema, ma le temperature dovrebbero essere controllate per assicurarsi che le guarnizioni acquistate siano adatte.	Prima di acquistare un radiatore dell’olio, assicurarsi che Thermex sia a conoscenza delle pressioni e delle temperature utilizzate.
   	Split Tube
   Erosione sulla faccia della piastra del tubo	La velocità dell’acqua è troppo alta	Controllare la portata dell’acqua e consigliare Thermex. In alcuni casi può essere richiesto un grado superiore di materiale come 70/30 CuNi o Titanio.	Quando si utilizza acqua di mare, assicurarsi che la portata non superi le capacità dello scambiatore di calore. Contattateci per un consiglio.
   Capo testata / tappo finale spaccato	Acqua congelata che si espande all’interno dello scambiatore di calore / Radiatore olio.	Nuovo kit testata e Kit di tenuta sarà necessario.	Scaricare il sistema di acqua durante l’inverno se il radiatore non viene utilizzato.
   Capacità termica insufficiente, o riduzione delle prestazioni.	Le condizioni operative non corrispondono alle condizioni di progetto	Rivedere le condizioni di progetto e le condizioni operative con i tecnici Thermex, potrebbe essere necessario un nuovo stack di tubi o una nuova pompa.	Assicurarsi che i dati operativi forniti a Thermex siano il più accurati possibile.
   	Sedimenti, sporcizia o altri blocchi all’interno dello scambiatore di calore	Rimuovere le testate per controllare i tubi, pulire con un fluido adatto o uno scovolino.	Utilizzare un sistema di filtraggio per prevenire i blocchi all’interno dei tubi, o aumentare la portata dell’acqua di raffreddamento.
   	Troppi tubi tappati	Nuovo stack di tubi sarà necessario.	Evitare di intraprendere azioni che bloccheranno i tubi o ne ridurranno il numero in funzione.

   Abbreviazioni e terminologia degli scambiatori di calore

   Di seguito alcune abbreviazioni e termini usati spesso nell’industria degli scambiatori di calore;

   • ETD Differenziale di temperatura estrema
   • EGC Exhaust Gas Cooler
   • MGO Marine Gas Oil Cooler
   • HTHE Header Tank Heat Charge Air Cooler
   • CAC Raffreddatore dell’aria di carica
   • ACOC Raffreddatore dell’olio raffreddato ad aria
   • PHE / PHEX Scambiatore di calore a piastre
   • Flusso laterale del guscio/Collegamenti – Shell Side si riferisce al flusso di un fluido, come l’olio, sulla superficie esterna dello stack di tubi
   • Flusso/Collegamenti Lato tubo – Lato tubo si riferisce al flusso di fluido attraverso i tubi dello stack di tubi, di solito il refrigerante Perdita di pressione / Drop Il livello di contropressione generato dal pompaggio dei fluidi attraverso i circuiti dello scambiatore di calore