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Scambiatori di calore a piastre

Funzionamento e dimensionamento di uno scambiatore di calore a piastre

Gli scambiatori di calore a piastre Termoleader della serie AX e AV sono degli elementi modulari, costituiti da un pacco di piastre corrugate, che consentono ad un fluido primario ed uno secondario di scambiare il calore tra loro; il pacco piastre è racchiuso in un telaio che consiste in due piastroni tenuti insieme da un certo numero di tiranti. Il telaio di contenimento può essere in acciaio verniciato o in acciaio inossidabile per applicazioni del settore food o farmaceutico; il tutto conforme e collaudato secondo l’ultima Direttiva PED (2014/68/UE).
Gli scambiatori ispezionabili Termoleader sono muniti di piastre di scambio a diverse profondità di stampaggio e angoli di corrugazione per adattarsi ai più diversi tipi di applicazioni e processi civili o industriali; i materiali impiegabili sono i materiali standard AISI304, AISI316 ad alta qualità o Titanio, oppure altri per applicazioni speciali come 254SMO o HASTELLOY C276.
A completare le piastre di scambio vanno le guarnizioni applicate con sistema di ancoraggio rapido e rimovibile (sistema del tipo “hang on”), e possono essere in materiali standard NBR e EPDM Perossidico, o materiali per applicazioni speciali come FKM.
Le connessioni di collegamento allo scambiatore possono essere estraibili filettate, oppure flangiate, a saldare, in acciaio inossidabile o in polipropilene; fino ad arrivare a connessioni speciali dove richiesto dal settore applicativo e dalle corrispettive normative vigenti.
La principale caratteristica che contraddistingue lo scambiatore di calore a piastre è il fatto di ottenere il più possibile un moto turbolento all’interno dei suoi circuiti, al fine di massimizzare il coefficiente di scambio termico.
Tale massimizzazione comporta, però, una perdita di carico all’interno del pacco piastre, che sarà tanto più elevata quanto più elevato sarà il grado di turbolenza del fluido. La perdita di carico è, quindi, un indice del grado di turbolenza ottenuto.
Tutto questo porta a dimensioni estremamente compatte di tali scambiatori, ed è interessante far notare come ad una diminuzione del numero di piastre installate corrisponda un aumento delle perdite di carico.
Il trasferimento di energia in uno scambiatore di calore si realizza in tre modi:
  • conduzione: quando il trasferimento di calore, prodotto dal gradiente di temperatura, avviene in un corpo solido oppure in un fluido in quiete;
  • convezione: si tratta invece del trasferimento di calore che avviene tra una superficie ed un fluido in movimento dotati di temperature diverse;
  • irraggiamento: in questo caso il calore viene trasmesso sotto forma di onde elettromagnetiche ogniqualvolta si ha corpi (solidi, liquidi o gassosi che siano) ad una data temperatura, anche in assenza di un mezzo di propagazione.
Quasi sempre queste forme di trasmissione coesistono. Nel caso specifico degli scambiatori di calore a piastre l’energia si trasmette principalmente per convezione e conduzione, mentre trascurabile è l’effetto dell’irraggiamento.
Il dimensionamento degli scambiatori di calore a piastre, data la modularità della sua natura, è un processo iterativo e per la teoria si rimanda al link: http://repo.termoleader.com/Termoleader/Prodotti/Doc/26/270820180938_it_IT_Teoria_per_il_dimensionam...
Il calibrare i parametri caratteristici dello scambiatore ha l’obiettivo di individuare la migliore soluzione tecnica riguardo ai seguenti dati:
  1. Scambio termico di una data potenzialità, con temperature di ingresso e di uscita dei fluidi primario e secondario note e congruenti.
  2. Calcolo delle perdite di carico e contenimento delle stesse entro un valore massimo di progetto, normalmente identificato dal sistema di pompaggio esistente o previsto per l’applicazione dello scambiatore.
La soluzione a questi problemi è, quindi, rappresentata da un compromesso che ottimizzi da una parte la superficie di scambio termico e la relativa forma delle piastre, e dall’altra sfrutti al massimo le perdite di carico date disponibili per lo scambiatore.
La necessità di combinare un certo numero di modelli, con piastre di scambio differenti in dimensioni e corrugazioni, ed un numero variabile di piastre sul telaio fa sì che il procedimento di dimensionamento dello scambiatore sia necessariamente di tipo iterativo, e dunque fondamentale diventa la realizzazione di un software di calcolo. In particolare Ciborius ideato e concepito da Termoleader ( http://phe.termoleader.com/frmLogin?lang=IT&description=ciborius ) si rende necessario per questo scopo.
Termoleader offre anche fra i suoi modelli di scambiatori a piastre ispezionabili anche una gamma dedicata per pressioni di esercizio massime di 6 bar, oltre i canonici PN10 e PN16, al fine di garantire sempre la soluzione più calzante per ogni tipo di applicazione.