II. Clasificarea schimbătoarelor de căldură

1.După principiul de funcţionare

, schimbătoarele de căldură pot fi împărţite în treicategorii:- recuperatoare,- regeneratoare- prin amestec.În cele

recuperatoare

fluidul cald şi cel rece circulă simultan prin aparat, iar căldura estetransferată printr-un perete care separă fluidele. Cele mai întălnite schimbătoare de acest tip în industrie sunt generatoarele de abur, racitoare de apă (radiatoare), condesatoarele pentru diferitesubstanţe, etc.În cele

regeneratoare

, aceeaşi suprafaţă de schimb de căldură este expusă alternativfluidului cald şi rece, căldura preluată de la agentul cald fiind acumulată în pereţii aparatului şicedată apoi agentului rece, cum sunt aparatele cu umplutură metalică sau ceramică.Atât recuperatoarele, cât şi regeneratoarele sunt schimbătoare de căldură la care transferulse face indirect, prin intermediul unui perete (care are o anumită suprafaţă finită) şi de aceea semai numesc şi schimbătoare de căldură de suprafaţă.La schimbătoarele

de amestec

procesul de schimb de căldură se realizează prin contactuldirect şi amestecarea fluidului cald cu cel rece, rezultând un singur fluid cu proprietăţi termicemedii între cei doi agenţi disponibili iniţial. Schimbătoare de acest tip sunt turnurile de răcire,degazoarele, unele condensatoare, etc.Dintre aceste trei tipuri de schimbătoare, cele de primul tip, adică recuperatoarele

s untcele mai răspândite. Ele se realizează într-o gamă largă de soluţii constructive, de la cel maisimplu aparat tip ţeavă în ţeavă, până la unităţi complexe, cu suprafeţe de schimb extinse la miide metri pătraţi. Dintre soluţiile constructive cea mai des întâlnită în practică este cea cu ţevi înmanta (fig. 1.1), care asigură o bună compactitate, poate rezova probleme de schimb de orice tip(încălziri / răciri, vaporizări, condensări), iar tehnologia de execuţie pe care o reclamă este destulde accesibilă şi relativ ieftină.

Fig1.1

O soluţie constructivă deosebită este prezentată în fig. 1.2, unde prin montarea ţevilor deaducţiune în interiorul altor ţevi închise la capăt se dublează suprafaţa de schimb de căldură, fărăca gabaritul aparatului să crească prea mult

2.După felul în care se desfăşoară procesul în timp

, pot exista schimbătoare cuacţiune continuă  (fig. 2.1 b, c) , la care schimbul de căldură se realizează la un regim termic permanent (sau stabilizat), şi

aparate cu acţiune discontinuă 

(fig. 2.1 a) la care transferul decăldură are loc intermitent (aparate acumulatoare, în care căldura este înmagazinată când estedisponibilă şi livrată apoi la cerere) sau periodic (la aparatele regeneratoare care presupuntrecerea succesivă a agenţilor prin aparat).

Fluid caldF

3.După felul proceselor pe care le suportă agenţii termici

a vem

aparate fără  schimbarea stării de agregare

, dar şi

aparate la cere unul din agenţi îşi schimbă starea deagregare

la trecerea prin schimbător (se vaporizează sau condensează).

4.După felul suprafeţei de schimb de căldură

 

avem schimbătoare

cu ţevi

(tubulare),

cu plăci sau cu lamele

(fig. 4.1),

cu serpentine

(adică ţevi sau plăci spirale ca în fig. 4.2), sau

cu suprafeţe extinse

(cu nervuri, cu proeminenţe aciculare, cu promotori de turbulenţă, etc. – fig.4.3)

 

 

5. Dupa modului în care curg cele două fluide prin schimbător

există schimbătoarea)cu curgere paralelă în echicurent; b)cu curgere paralelă în contracurent;c)cu curgere încrucişată;

cu curgere mixtă.

6)Infunctie de fluizi;

-lichid-lichid.

-lichid-gaz.

-gaz-gaz.

-gaz-gaz.

-lichid-vapori.

-gaz-vapori.

III. Parametri de dimensionare şi funcţionare

1. Etapele de proiectare. Moduri de curgere a fluidelor prin schimbător

Proiectarea completă a unui schimbător de căldură cuprinde următoarele etape: –calculul termic şi hidrodinamic –calculul mecanic (de rezistenţă) – realizarea proiectului de execuţieCalculul termic urmăreşte determinarea suprafeţei de schimb de căldură şi a modului dedispunere a acesteia în spaţiu pentru realizarea unei sarcini termice impuse, pentru anumitedebite şi temperaturi ale fluidelor de lucru. Calculul hidrodinamic corelează aceste elemente cu pierderile de presiune admise şi cu energia de pompare a agenţilor termici, stabilind în final puterea necesară pompei de apă şi a ventilatorului de aer.Calculul mecanic alege soluţia constructivă, luând în considerare regimul de lucru,temperaturile şi presiunile de funcţionare, caracteristicile de coroziune ale fluidelor, compensareadilatărilor relative şi a eforturilor termice care pot să apară, precum şi legătura schimbătorului cualte echipamente.Proiectul de execuţie finalizează calculele precedente şi elaborează documentaţia defabricaţie a unui aparat cu preţ de cost cât mai scăzut în condiţii de calitate şi fiabilitate impusede beneficiar.În plus, în exploatare, schimbătoarele de căldură sunt supuse periodic unei analize a performanţelor de funcţionare, adică după efectuarea unor măsurători specifice se trece ladeterminarea unor indici privind calitatea transferului căldurii şi a pierderilor de căldură înmediul ambiant. În urma acestor analize se adoptă măsurile cele mai potrivite de ameliorare afuncţionării schimbătorului de căldură

.