Com funciona un intercanviador de calor?

S'utilitzen per transferir calor entre un fluid (líquid o com a gas) i un altre fluid (un altre líquid o gas) sense permetre que els dos fluids entrin en contacte directe entre ells, els intercanviadors de calor s'utilitzen tant en processos de calefacció com de refrigeració.

Bescanviadors de calors'utilitzen en una sèrie d'aplicacions, com ara aire condicionat, plantes químiques, plantes petroquímiques, refineries de petroli, centrals elèctriques, processament de gas natural, refrigeració, tractament d'aigües residuals i calefacció d'espais. També es pot trobar en motors de combustió interna, on permeten que el refrigerant del motor flueixi a través de les bobines del radiador a mesura que l'aire passa per elles, refredant el refrigerant mentre s'escalfa l'aire.

Un intercanviador de calor funciona permetent que la calor d'un fluid passi a un altre fluid, més fresc, sense que es barregin ni entrin en contacte directe.

Per exemple, imagineu una canonada amb una altra canonada al voltant. La canonada interior podria permetre que un fluid calent passi a través d'ell mentre que un fluid més fred es fa passar simultàniament per la canonada exterior. Això permetria que el fluid més fred redueixi la temperatura del més càlid, ja que el fluid més calent augmentava simultàniament la calor del més fred. Per descomptat, aquest és un exemple molt bàsic d'intercanvi de calor, i hi ha una sèrie d'altres factors a tenir en compte a l'hora d'investigar els intercanviadors de calor:

1. Passades

Amb la corba de les canonades, per exemple en forma de "S", podeu permetre que els fluids facin més d'una "passa" abans de sortir de l'intercanviador de calor. Una sola passada és una canonada recta, on el fluid entra per un extrem i surt per l'altre extrem de l'intercanviador de calor amb força rapidesa. Una passada doble utilitza una forma d'U-, de manera que el fluid entra i surt de l'intercanviador de calor pel mateix extrem, allargant el temps que els fluids passen l'un a l'altre-a l'intercanviador de calor. Una passada triple utilitza una formació en forma de "S" que permet que el fluid viatgi al llarg de l'intercanviador de calor tres vegades abans de sortir. Com més gran sigui el nombre de passades, més gran serà la transferència de calor disponible, simplement perquè els fluids estan junts al sistema durant més temps, encara que això també pot provocar caigudes de pressió i pèrdua de velocitat.

2. Cruïlla-de temperatura

L'encreuament-de temperatura es produeix quan la calor del fluid més fred comença a creuar-se amb la temperatura del fluid calent a l'intercanviador de calor. Per exemple, l'oli que entra a un intercanviador de calor a 80 ⁰C al costat de l'aigua a una temperatura de 30 ⁰C, podria veure que les seves temperatures es creuen-si l'oli es redueix a 50⁰C quan l'aigua arriba als 51⁰C. En aquest punt, el fluid més fred (aigua) s'ha tornat més calent que l'oli. L'encreuament-de temperatura pot reduir significativament l'eficiència d'un intercanviador de calor, especialment quan es refreda. Això es pot evitar augmentant el cabal del refrigerant (vegeu "Flux" a continuació), de manera que hi hagi més refrigerant al sistema. Quan el creuament de temperatura-és inevitable, la millor solució és utilitzar un intercanviador de calor de plaques (vegeu "Tipus d'intercanviador de calor, a continuació).

3. Diferencial de temperatura

Es refereix a la diferència de temperatura entre el refrigerant i el fluid calent, que és important en un intercanviador de calor, tal com es mostra a l'"creuament-de temperatura" (a dalt). El refrigerant s'ha de mantenir a una temperatura inferior a la del fluid calent i, com més fred sigui el refrigerant, més eficaç serà per treure calor del fluid calent.

4. Caudal

Aquesta és la quantitat de fluid que passa per una-secció transversal d'una canonada en un període de temps específic. Es calcula com el volum de fluid pel temps que el fluid ha fluït - amb un cabal més gran que pot augmentar la capacitat de l'intercanviador de calor per transferir calor. Tanmateix, més fluid també significa una major massa per transportar, així com augmentar la pèrdua de pressió i la velocitat.

Els intercanviadors de calor es poden classificar segons la disposició del flux o pel disseny del propi intercanviador de calor.

Les tres classificacions principals de la disposició del flux que es troben als intercanviadors de calor són el flux-paral·lel, el flux contrari i el flux-creuat:

• Flux paral·lel:Els dos fluids entren al mateix extrem de l'intercanviador de calor i viatgen en paral·lel abans de sortir junts
• Contraflux:Els fluids entren als costats oposats de l'intercanviador de calor i viatgen a través del sistema en direccions oposades. Aquesta és la disposició de flux més eficient, ja que la diferència mitjana de temperatura entre els fluids segueix sent més alta en tot el sistema
• Flux-creuat:En aquesta forma d'intercanviador de calor, els fluids viatgen perpendicularment (en angle recte) entre si

A més de la disposició del flux, els intercanviadors de calor es poden classificar per tipus, segons el disseny físic de l'intercanviador de calor:

• Tub doble:Aquest és el tipus d'intercanviador de calor més senzill utilitzat per la indústria. Com el seu nom indica, consten de dos tubs pels quals poden fluir fluids. La configuració del flux pot ser paral·lela o contracorrent, sent el contraflux més eficient, mentre que el flux paral·lel és millor si els dos fluids s'han de portar a la mateixa temperatura. Aquests intercanviadors de calor són fàcils i econòmics de dissenyar i mantenir, però tenen un nivell d'eficiència relativament baix en comparació amb altres dissenys.
• Shell i tub:Els intercanviadors de calor de carcassa i tub utilitzen un conjunt de tubs metàl·lics a través dels quals flueix un fluid, envoltat d'una carcassa segellada per on flueix el segon fluid. Aquest tipus d'intercanviador de calor funciona amb tot tipus de flux: paral·lel, contrari i creuat- i es pot trobar a les locomotores de vapor. Els deflectors s'utilitzen per dirigir el flux de fluid, induir vibracions en el fluid i suportar els tubs, mentre que les aletes també es poden utilitzar amb tecnologies de refrigeració per aire-(com ara els inter-refrigeradors de motor de combustió) per augmentar l'àrea de transferència de calor.
• Placa/Aleta:Aquest tipus d'intercanviador de calor utilitza piles de plaques fines metàl·liques que es mantenen separades per aletes per formar nivells, com els pisos d'un edifici. No obstant això, cadascun d'aquests "pisos" és autònom-i està separat del de dalt o de sota, creant una sèrie de tubs segellats per on poden fluir fluids. Això crea una gran superfície que és capaç d'intercanviar calor ràpidament, alhora que garanteix el flux de fluid per tota la superfície de transferència de calor, evitant l'estancament i l'acumulació de fluids. Les plaques es poden crear en diferents mides, profunditats i formes, incloses plaques corrugades, plaques i marc, plaques i carcassa o plaques en espiral. Una gran turbulència de flux entre les plaques crea una major transferència de calor i una disminució de la pressió. Aquest tipus d'intercanviador de calor s'utilitza en aplicacions com forns de gas i calderes.
• Refrigerat per aire:Aquest tipus d'intercanviador de calor es troba habitualment en vehicles i altres aplicacions en moviment on no hi ha aigua freda disponible. En lloc de dos líquids, els sistemes refrigerats per aire utilitzen aire fresc d'un ventilador o flux d'aire causat pel moviment del propi vehicle.
• Condensadors, calderes i evaporadors:Aquest tipus d'intercanvi de calor mereix una menció especial ja que funciona d'una manera lleugerament diferent als ja descrits. En lloc d'inserir dos fluids (calent i fred), aquests utilitzen el refredament i la condensació d'un gas calent en forma líquida (i viceversa) per crear un cicle de transferència de calor. Aquest és el procés utilitzat per les turbines de vapor i els generadors de vapor, que utilitzen el cicle de vaporització de l'aigua en vapor i el seu posterior refredament en un líquid.
• Recuperadors:Un recuperador és un intercanviador de calor dissenyat per capturar la calor que d'una altra manera es perdria, com ara la calor que s'expulsa d'un edifici. L'aire calent es dirigeix ​​cap a fora a través d'un canal al costat d'un canal d'entrada separat de fluid fred per crear un contracorrent. Així és com funciona un sistema de ventilació-de recuperació de calor, que permet ventilar un edifici amb aire fresc sense perdre tota la calor de l'aire més càlid que surt.
• Regeneradors:Aquest tipus d'intercanviador de calor permet que els fluids entrants i sortints es moguin pel mateix canal en direccions oposades en diferents moments. A mesura que flueix el fluid càlid, deixa part de la seva calor i, a mesura que el fluid fred entra, agafa part de la calor residual que hi va quedar. Aquest tipus d'intercanvi de calor s'utilitza en un motor Stirling, que utilitza un pistó per empènyer el gas atrapat cap endavant i cap enrere entre una font de calor (com un foc) i una zona més fresca, o "aigüera", on es perd la calor. Aquest tipus d'intercanviador de calor redueix la pèrdua de calor en un sistema en 'regenerar' la calor.

Els intercanviadors de calor s'utilitzen per a una àmplia gamma d'aplicacions tant en usos industrials com quotidians.

Tot i que els intercanviadors de calor tenen una varietat de dissenys i sistemes de flux diferents, tots funcionen de manera similar; permetent el contacte tèrmic entre un fluid més calent i un líquid més fred (sense barrejar-se realment), de manera que els dos fluids s'escalfen o es refredin-un a l'altre en conseqüència.

Això millora l'eficiència dels vehicles i altres unitats, així com estalvia costos i redueix el consum d'energia (i qualsevol impacte ambiental associat).

Arribeu als plans HX

Els escenaris d'aplicació dels vostres intercanviadors de calor (com ara processament d'aliments, indústria petroquímica, refrigeració elèctrica) i les característiques mitjanes (corrosivitat/viscositat/temperatura) varien, de manera que el pla d'especificacions també s'adaptarà exclusivament-si us plau, feu-nos saber les vostres necessitats i us proporcionarem paràmetres i pressupostos específics.

Correu electrònic:global@gneesteels.com