Schimb Cal Dura

7/30/2019 Schimb Cal Dura

1/24

Operaii de schimb de cldur

1

6. OPERAII DE SCHIMB DE CLDUR

(NCLZIREA, RCIREA, CONDENSAREA)

6.1. Surse de cldur, ageni de schimb de cldur

Echipamentele de proces utilizate pentru transferul unui flux termic

de la un fluid la altul se numesc schimbtoare de cldur

(prenclzitoare, supranclzitoare, calorifere, rcitoare, recuperatoare,

condensatoare, etc.).

Transferul de cldur ntre dou fluide se poate realiza:

1.prin contact directntre cele dou fluide;2.prin intermediul unei suprafee de schimb de cldur, cnd

schimbtoarele au delimitate dou spaii pentru circulaia

independent a celor dou fluide.

Energia termic poate fi asigurat de la un fluid mai cald, numit

agent purttor de cldur, fie prin contact direct fie prin intermediul unei

suprafee de schimb de cldur. Energia termic poate fi obinut prin

transformarea energiei electrice sau a energiei radiante n energie

caloric.Agentul de rcire preia o cantitate de energie termic, iar dac

trebuie s preia energie termic pentru rcirea unui produs la

temperaturi mai mici dect temperatura mediului ambiant, acesta se

numete agent purttor de frig.

Denumirea generic pentru agenii purttori de cldur i agenii de

rcire care particip la schimbul de cldur este de ageni de schimb decldur.


2/24

S.t.Biri Operaii i echipamente de proces

2

nclzirea cu aer cald se regsete n special la operaiile de

uscare. Aici, aerul are rol dublu: cel de a furniza cldura necesar

evaporrii umiditii din materialul supus procesului de uscare i cel de a

transporta umiditatea evaporat n exteriorul sistemului. Temperatura

aerului cald i umiditatea relativ a acestuia influeneaz capacitatea de

uscare a acestuia. Utilizarea aerului cald ca agent purttor de cldur

presupune existena unei surse termice pentru generarea acestuia.

nclzirea cu gaze de ardere se utilizeaz n special pentru

situaiile n care este nevoie de temperaturi ridicate, agentul purttor de

cldur obinndu-se prin arderea unui combustibil. Aceast surs de

cldur prezint dezavantajul unui randament termic sczut deoarece o

mare parte a cldurii produse prin arderea direct a combustibilului este

eliminat n atmosfer mpreun cu gazele evacuate.

nclzirea cu abur supranclzit se utilizeaz din ce n ce mai

puin datorit dezavantajelor specifice care includ i limitarea

considerabil a diferenei de temperatur ntre intrare i ieire asistemului de nclzire. Sistemele de nclzire cu abur supranclzit

funcioneaz n circuit nchis.

nclzirea cu abur saturat sau vapori saturai se desfoar

utiliznd cldura latent cedat de abur n timp ce acesta se

condenseaz la temperatur constant. n prezent, aburul saturat este

cel mai uzual agent purttor de cldur datorit avantajelor sale,respectiv: cldur latent de condensare mare la temperaturi curente de

nclzire, conducnd la debite reduse de abur n comparaie cu ali

purttori de cldur; coeficient parial de transfer de cldur foarte

mare; temperatura constant a agentului purttor de cldur, uor de

reglat prin reglarea presiunii aburului; aburul saturat nu este nici

inflamabil i nici toxic; cost redus. Se utilizeaz pentru nclziri ce nu

depesc 150200C.


3/24


3

nclzirea cu ap cald se poate face cu ap la presiune

atmosferic (pentru temperaturi de pn la 80C) sau, pentru

temperaturi mai ridicate (temperaturi de peste 80C), cu ap sub

presiune. Apa cald ca agent termic prezint avantajul cldurii specifice

mari i a volumului specific mic, permind transportul la distane mari.

nclzirea electric se realizeaz fr s mai necesite un agent

termic, sau se poate utiliza pentru nclzirea unui purttor de cldur.

Avantajele nclzirii electrice sunt: posibilitatea concentrrii unei surse

termice puternice ntr-un spaiu mic; posibilitatea de amplasare a sursei

termice n orice punct al sistemului; posibilitatea de reglare rapid i

facil, manual sau automat, a energiei introduse i a temperaturii

spaiului nclzit; posibilitatea de a dezvolta cldura la locul dorit, fr a

produce impurificarea spaiului nclzit; posibilitatea de a realiza chiar

temperaturi ridicate (pn la 3000C). Randamentul instalaiilor electrice

de nclzire este mult mai ridicat dect n cazul instalaiilor de nclzire

cu ali purttori de cldur. Energia electric are ns un pre destul de

ridicat, motiv pentru care, aceasta se utilizeaz numai n cazuri speciale,

pentru procese la care este nevoie de temperaturi ridicate.

Cantitatea de cldur obinut la nclzirea cu rezistene electrice

se poate calcula cu relaia:

===2

IRIUWQ [J] (6.1)

n care: W este puterea electric [W], -timpul [s], U tensiunea

electric de alimentare a rezistenei [V], I intensitatea curentului

electric ce trece prin rezisten [A], R rezistena electric [],

randamentul instalaiei n care se transform energia electric n cldur.

nclzirea electric poate fi fcut i cu ajutorul curenilor de

inducie, procedeu care ns este mai puin rspndit n industria

alimentar sau n ingineria mediului.

nclzirea dielectric se utilizeaz n cazul materialelor cuconductivitate electric sczut (materiale dielectrice sau


4/24


4

semiconductori). Aceste materiale sunt introduse ntre plcile unui

condensator cuplat la un generator de curent cu nalt frecven (1-200

MHz), nclzindu-se uniform n toat masa lor. Cldura eliberat la

nclzirea dielectric se calculeaz cu relaia:

=WQ [J] (6.2)

iar puterea consumat pentru nclzire dielectric se calculeaz:

l

DUfAW

=

2101029,1 [W] (6.3)

n care: -reprezint timpul [s], A aria suprafeei condensatorului [m2],

f frecvena curentului [Hz], U tensiunea curentului ntre plcile

condensatorului [V], D constanta dielectric a materialului nclzit (2

...6), l distana dintre plcile condensatorului [m], coeficient de

pierderi (0,02 0,06).

nclzirea cu radiaii infraroii se realizeaz fr purttor de

cldur, sursa de energie fiind un emitor de radiaii infraroii, a crei

lungime de und este de (0,7 ... 20) m. nclzirea cu radiaii infraroii

este posibil numai pentru acele corpuri care au coeficient de absorbie

mare. Alegerea sursei de radiaii trebuie fcut astfel nct lungimea de

und pentru care emite maximum de radiaii s coincid cu lungimea de

und pentru care corpul nclzit prezint un maxim de absorbie.

nclzirea cu radiaii infraroii prezint avantajul unei nclziri foarte

rapide a suprafeei iradiate i al unui randament termic i electric mare.

Radiaiile infraroii se utilizeaz n special pentru operaiile de uscare.

Ageni termici de rcire

Apa este cel mai utilizat agent de rcire n industria alimentar i n

ingineria mediului. Temperatura cu care apa este adus n instalaiile de

rcire este n funcie de sursa de ap i de condiiile climatice.

Temperatura apei la suprafa variaz n funcie de perioada

calendaristic (de la 0C la 18 ... 25C). Apa de adncime poate avea

temperaturi de (10 ... 15)C. Apa de la turnurile de rcire poate avea


5/24


5

iarna temperaturi de (10 ... 15)C, iar vara temperaturi de (30 ... 35)C.

Gheaa sfrmat mruntpoate fi utilizat ca agent de rcire prin

introducerea direct n lichidul care urmeaz a fi rcit. Cldura latent de

topire a gheii este de 332 kJ/kg. Aceast metod de rcire poate fi

utilizat atunci cnd este permis n procesul tehnologic diluarea

lichidului supus rcirii cu apa rezultat din topirea gheii.

Bioxidul de carbon solid (gheaa uscat) sublimeaz (trece din

stare solid direct n stare gazoas) la -79C, cu o cldur latent de

sublimare de 574 kJ/kg. Dizolvat n diferite substane (cloroform,

aceton, eter) menine o temperatur de aproximativ -78C.

Amestecuri frigorifice sunt obinute prin amestecarea apei sau a

gheii cu diferite sruri care prin dizolvare absorb cldura. Temperatura

minim (punctul criohidric) se obine pentru proporii determinate de

sare i ghea. (De exemplu, clorura de calciu n proporie de 143 grame

la 100 grame ghea furnizeaz un eutectic cu temperatura de -55C).

Soluii apoase de NaCl, MgCl2, CaCl2 (saramuri) rcite n instalaii

frigorifice la temperaturi mai ridicate cu cteva grade dect temperaturacorespunztoare punctului criohidric, pentru o concentraie determinat,

pot fi utilizate de asemenea ca ageni de rcire.

6.2. Schimbtoare de cldur

Sunt echipamente de proces utilizate pentru efectuarea unor

operaii de transfer de cldur de la un fluid la altul, prezentnd ovarietate foarte mare de tipuri.

Dup principiul de funcionare se deosebesc:

- schimbtoare recuperatoare n care schimbul de cldurntre cele dou fluide se face prin intermediul unui perete. Cele

dou fluide au circuite distincte (Fig. 6.1).

- schimbtoare regeneratoare n care fluidul cald este trecutprintr-un echipament de tip cu umplutur i cedeaz cldur


6/24


6

materialului solid. Dup un interval de timp se alimenteaz

echipamentul cu fluidul rece care preia cldura de la umplutur.

Aceste schimbtoare au funcionare periodic.

- schimbtoare de cldur de amestec n care schimbul decldur ntre cele dou fluide se face prin contactul direct al

acestora, amestecndu-se ntre ele.

Fig. 6.1. Schema de principiul pentru un schimbtor recuperator

Dup rolul echipamentului n procesul termic:

- rcitoare sau nclzitoare cnd cele dou fluide nu-ischimb starea de agregare.

- condensatoare sau vaporizatoare (fierbtoare) cndtransferul de cldur are loc cu schimbarea strii de agregare a

fluidelor.

Dup sensul relativ de circulaie al celor dou fluide:

- schimbtoare n echicurent n care cele dou fluide circul nacelai sens (Fig. 6.2.a);

- schimbtoare n contracurent n care cele dou fluide circuln sensuri opuse (Fig. 6.2.b);

- schimbtoare n curent ncruciat n care cele dou fluide


7/24


7

circul perpendicular sau la un unghi oarecare unul fa de

cellalt (Fig. 6.2.c);

- schimbtoare n curent mixt care sunt combinaii aletipurilor de mai sus (Fig. 6.2.d).

Fig. 6.2. Sensuri relative de curgere a fluidelort1

',t

1

''- temperaturile la intrarea i ieirea agentului termic primar

t2',t2

''- temperaturile la intrarea i ieirea agentului termic secundar

Dup construcie:

- schimbtoare de cldur cu manta;- schimbtoare de cldur cu serpentin (spiral);- schimbtoare de cldur cu evi coaxiale;-

schimbtoare de cldur multitubulare;- schimbtoare de cldur n spiral;- schimbtoare de cldur cu plci;- schimbtoare de cldur cu evi cu aripioare;- schimbtoare de cldur de construcii particulare sau mixte.

6.2.1. Schimbtoare de cldur cu manta

Sunt echipamente de proces utilizate n general n instalaii cu

operaii complexe (bioreactoare), unde debitele de fluid nu sunt prea

mari i intervin i alte operaii n afara schimbului de cldur cum ar fi:

agitarea, fluidizarea, sedimentarea, etc.

Mantaua sau peretele dublu este spaiul destinat circulaiei

agentului de rcire sau nclzire i este montat n jurul echipamentului

prin sudare sau nituire. n figura 6.3 este prezentat schema


8/24


8

constructiv a unui schimbtor de cldur cu manta care are n

componen urmtoarele: 1 corpul echipamentului, 2 manta, 3

racord pentru introducerea lichidului de tratat n vas, 4 racord de

evacuare a lichidului din vas, 5 racord de alimentare a mantalei cu

agent de nclzire (sau de evacuare a agentului de rcire), 6 racord de

evacuare a agentului de nclzire (sau de alimentare cu agent de rcire).

Fig. 6.3. Schema schimbtorului de cldur cu manta

Dac schimbtorul de cldur este utilizat pentru nclzire,

presiunea aburului din manta nu trebuie s depeasc 5 bar, deoarece

depirea acestei valori impune mrirea considerabil a grosimii pereilor

vasului i ai mantalei.

Suprafaa de schimb de cldur posibil de realizat este limitat n

comparaie cu dimensiunile echipamentului, acest aspect constituind

unul dintre dezavantajele acestuia.

Cantitatea de cldur transferat se poate calcula cu relaia:

= medtAkQ [J] (6.4)n care: kreprezint coeficientul total de transfer de cldur [W/m2grd],


9/24


9

a crui valori, mai des ntlnite sunt prezentate n tabelul 6.1., A

suprafaa de schimb de cldur (determinat de elementele constructive

ale echipamentului: diametru, nlime lichid, etc.) [m2], tmed diferena

medie de temperatur dintre cele dou fluide [grd], -durata operaiei

de schimb de cldur [s].

Tabel 6.1. Coeficieni totali de transfer de cldurpentru schimbtoarele de cldur cu manta [ ]

Natura fluidului din:

Manta VasMaterial de

construcie vasMicare

Coeficient total detransfer de cldur

[W/m2grd]Abur Ap Font emailat Cu agitare 540 ... 670Abur Lapte Font emailat Cu agitare ~ 460

Abur Lapte n fierbere Font emailat Cu agitare ~ 2800Abur Ap n fierbere Oel Fr agitare ~ 1050Abur Ap n fierbere Cupru Fr agitare ~ 1250Abur Parafin Cupru Fr agitare ~ 140

6.2.2. Schimbtoare de cldur cu serpentin

Sunt echipamente de proces utilizate pentru realizarea transferului

de cldur n condiii de flux caloric redus sau pentru destinaii speciale.

n figura 6.4.a este prezentat un astfel de schimbtor de cldur care

este de obicei de form cilindric, cu fund drept, bombat sau tronconic.

Prile principale din care se compune un schimbtor de cldur cu

serpentin sunt: perete cilindric (1), serpentin (2), suport serpentin

(3), racord de alimentare cu fluid 1 (4), racord de evacuare fluid 1 (5),

racord de alimentare cu fluid 2 (6) i racord de evacuare a fluidului 2

(7). Serpentina este realizat de obicei din eav de oel sau cupru cu

diametrul de pn la maxim 75 mm. n figura 6.4.b sunt prezentate

variante de construcie a serpentinelor prin sudare n exteriorul peretelui

vasului. Seciunea acestor serpentine poate fi semicircular sau

triunghiular.

Datorit lungimii mari a serpentinelor, n partea inferioar se poate

acumula condensat iar schimbul de cldur se poate nruti. Deasemenea, la serpentinele cu lungimi mari, pierderile de presiune sunt


10/24


10

mari, datorit rezistenelor hidrodinamice, motiv pentru care se opteaz

pentru varianta mai raional a mpririi serpentinei n mai multe

pasaje. Se recomand ca raportul dintre lungimea evii sepentinei i

diametrul acesteia s nu depeasc valoarea 225.

a) b)Fig. 6.4. Schimbtor de cldur cu serpentin

Viteza fluidului care circul prin vas este mult mai mic dect cea a

fluidului care circul prin serpentin iar coeficientul parial i cel global

(total) de schimb de cldur sunt mici, motiv pentru care schimbul de

cldur este mai puin intens.

Datorit simplitii construciei, costul acestor schimbtoare de

cldur este redus. Au ns gabarit relativ mare n raport cu suprafaa de

schimb de cldur realizat. Domeniul de utilizare este destul de larg,

mai cu seam n cazul operaiilor speciale, ce presupun debite mici.

Lungimea total a conductei spirei se determin n funcie de

suprafaa de transfer de cldur i de diametrul mediu (dm) al evii dincare este realizat serpentina, respectiv:


11/24


11

md

AL

=

[m] (6.5)

Lungimea unei spire se determin n funcie de diametrul spirei

(ds) i de pasul spirei (h):

ss dhdl += 22

)( [m] (6.6)

Pasul spireise poate adopta:

mdp = )2...5,1( [m] (6.7)

Numrul de spire se calculeaz:

l

Ln = (6.8)

nlimea total a serpentinei se calculeaz n funcie de

numrul de spire, de pasul spirei i de diametrul exterior al evii din care

este confecionat spira (de):

edhnH += [m] (6.9)

6.2.3. Schimbtoare de cldur cu evi coaxiale

Sunt echipamente de proces utilizate pentru realizarea transferului

de cldur la fluxuri termice reduse. Acestea sunt confecionate din evi

cu diametrul de maxim 75 mm, introduse n alte evi cu diametrul mai

mare. Elementele sunt asamblate n serie prin legturi fixe (sudur) sau

demontabile (Fig. 6.5). Aceste schimbtoare se compun din: evi

exterioare (1), evi interioare (2), cot dublu (3) pentru legarea n serie a

evilor interioare, racord de alimentare cu fluid 1 (4), racord de evacuare

fluid 1 (5), racord de alimentare cu fluid 2 (6), racord de avacuare a

fluidului 2 (7), racord de legtur dintre evile exterioare (8).

Acest tip de schimbtor de cldur se utilizeaz pentru debite mici

i medii ale fluidelor. Au o construcie relativ simpl i permit variaia

mrimii suprafeei de schimb de cldur prin adugarea sau eliminarea

de elemente.


12/24


12

Fig. 6.5. Schimbtor de cldur cu evi coaxiale

6.2.4. Schimbtoare de cldur multitubulare

Sunt cele mai rspndite schimbtoare de cldur i sunt cele maiutilizate n industrie. Sunt compuse dintr-un fascicul de evi 2 (Fig. 6.6),

fixat prin sudur sau mandrinare n orificiile plcilor tubulare aflate n

interiorul corpului cilindric (1). Cele dou fluide circul independent fiind

alimentate prin racordul (3) i (5), i evacuate prin racordurile (4) i (6).

Fig. 6.6. Schimbtor de cldur cu multitubular


13/24


13

a) b)

Fig. 6.7. Dispunerea evilor n plan transversal

n figura 6.7 este prezentat dispunerea evilor n plan transversal

n dou variante: - n hexagoane concentrice (a)

- n cercuri concentrice (b)

Este indicat s circule prin evi fluidul mai cald, cu debit mai mic,

cu vscozitate mai mic, cu presiunea mai mare.

Viteza fluidului prin evi este cuprins ntre 0,1-0,3 m/s i 2 m/s.

Diametrul evilor este de 25, 40,50 mm.

6.2.5. Schimbtor de cldur n spiral

Aa cum este prezentat n figura 6.8, un astfel de schimbtor este

realizat din dou table (1 i 2) ndoite n form de spiral i din doi perei

laterali (3 i 4), care formeaz dou camere spirale de seciune

dreptunghiular prin care circul independent cele dou fluide.

Alimentarea cu fluid 1 se face prin racordul 5 iar evacuarea acestuia se

face prin racordul 6. Alimentarea schimbtorului de cldur cu cel de-al

doilea fluid se face prin racordul 7 iar evacuarea se face prin racordul 8.

Aceste schimbtoare de cldur au o serie de avantaje:

- seciune de circulaie a fluidului constant n tot schimbtorul;- viteza fluidelor n spaiul spiral este constant;- pierderea de presiune este mai mic dect n cazul altor tipuri de

schimbtor de cldur, deoarece nu exist variaii brute de


14/24


14

direcie;

- viteze mai mari de circulaie a fluidelor prin spaiul spiral,ajungnd pn la valori de 20 m/s n cazul vaporilor, respectiv

de pn la 2 m/s n cazul lichidelor;

- coeficient total de transfer de cldur mare (pn la 3500W/m2grd);

- concentrare mai mare de suprafa de transfer de cldur (pnla 80 m2/m3), ceea ce conduce la un gabarit redus;

- este de circa dou ori mai eficient dect un schimbtor decldur multitubular care are acelai gabarit.

a) b)

Fig. 6.8. Schimbtor de cldur n spiral

Aceste schimbtoare de cldur au i o serie de dezavantaje:

- au construcie mai complicat;- dificultatea de a realiza etanarea bun a capacelor, motiv

pentru care acestea nu pot fi utilizate pentru presiuni mai mari a

fluidelor de 6-10 bar;

- curirea greoaie a suprafeelor din interiorul camerelor spirale.


15/24


15

6.2.6. Schimbtoare de cldur cu plci

Sunt echipamente (Schia din Fig. 6.9) destinate transferului de

cldur lichid-lichid, vapori-lichid, alctuite din plci individuale ceformeaz prin asamblare un pachet (1), care se monteaz pe un cadru

metalic (2, 3) cu bare de susinere i ghidaj (4), cu urub de strngere

(5), acionat de maneta (6). Echipamentul este prevzut cu racorduri

pentru alimentare-evacuare cu ageni termici (7, 8, 9, 10).

Fig. 6.9. Schimbtor de cldur cu plci

Fiecare pereche de plci nvecinate formeaz cte un canal de

curgere (Fig. 6.10), astfel nct, n dou canale adiacente, sensul de

curgere al agenilor termici este ntotdeauna opus. n figura 6.10.a se

poate observa c circulaia fiecrui agent termic se realizeaz n serie

prin canalele formate, iar n figura 6.10.b are loc o circulaie n paralel

a agenilor termici.

n figura 6.11 se prezint n detaliu modul n care se realizeaz

circuitul fluidelor n paralel ntr-un astfel de schimbtor de cldur cu

plci. T1, T2, T3 i T4 reprezint racordurile de alimentare-evacuare a

agenilor termici.


16/24


16

a)

b)

Fig. 6.10. Circulaia fluidelor n schimbtorul de cldur cu plci

Fig. 6.11. Circuitul fluidelor n schimbtorul de cldur cu plci

Plcile sunt executate din foi metalice subiri (Fig. 6.12), prevzutecu ondulaii, n scopul mririi rigiditii suprafeei de schimb de cldur i

turbulenei fluidelor. Etanarea ntre plci mpiedic amestecarea

agenilor termici i scurgerea acestora spre exterior, realizndu-se prin

intermediul unor garnituri (2) executate din materiale compatibile cu

purttorii respectivi de cldur. Plcile mai sunt prevzute cu orificii de

trecere (1) i cu loca de fixare n cadru (3). Echipamentul se adapteaz


17/24


17

uor unor modificri ale suprafeei de schimb de cldur (extindere sau

reducere), prin adugare sau eliminare de plci.

Fig. 6.12. Tipuri constructive de plci

Plcile se execut din oel inoxidabil, din oeluri aliate speciale, sau

din alte materiale care se pot presa i care prezint conductibilitate

termic ridicat. Parametrii maximi de funcionare ai acestui tip de

schimbtor sunt: presiuni de 25 bar i temperaturi de 1300C, cnd se

utilizeaz garnituri din cauciuc. Suprafaa maxim de nclzire pentru un

echipament este de 800 m2. Echipamentele de tip lichid-lichid (ap-ap)

realizeaz un coeficient global de transfer de cldur de 35005500

W/m2K i un debit maxim de 1800 m3/h.

a) b)Fig. 6.13. Schimbtoare de cldur cu plci sudate


18/24


18

Pentru a reduce greutatea plcilor intermediare, interiorul lor poate

avea form de fagure (Fig. 6.13). Lichidul circul ntr-un strat de 3-4

mm prin spaiul liber de pe o fa a plcilor, iar pe cealalt parte circul

n contracurent ap cald sau abur de joas presiune.

Schimbtoarele de cldur cu plci i-au cptat o larg

ntrebuinare datorit avantajelorpe care acestea le prezint:

- concentrare mare de suprafa de transfer de cldur (se poateajunge pn la 200 m2/m3);

- transfer de cldur intens datorat grosimii mici a peliculei delichid (max. 5 mm) i turbulenei la curgerea fluidelor provocat

de ondulaiile plcilor;

- rezisten hidraulic la curgerea fluidelor prin schimbtor relativmic;

- curire i ntreinere relativ uoar datorit posibilitii dedemontare a pachetului de plci;

- pot fi realizate uor adaptri ale suprafeei de transfer decldur n funcie de necesiti prin adugarea sau ndeprtareade plci;

- satisfac cele mai exigente condiii de igien.

6.2.7. Schimbtoare de cldur cu aripioare

Sunt utilizate atunci cnd coeficienii pariali de transfer de cldur

ai celor dou fluide ntre care se realizeaz schimbul de cldur suntmult diferii ntre ei (cum este cazul transferului ntre abur i gaze). Pot fi

ntrebuinate cu predilecie la nclzirea aerului pe baza cldurii cedat

de aburul care se condenseaz. Aceste schimbtoare de cldur se mai

numesc calorifere sau radiatoare (Fig. 6.14). Se compun din evi cu

aripioare (1), racord de alimentare cu agent termic (2), racord de

evacuare agent termic (3) i cadru (4). Aripioarele se monteaz pepartea agentului cu coeficient de transfer de cldur mai mic avnd rolul


19/24


19

de a mri suprafaa de schimb de cldur i prin aceasta mbuntirea

procesului de transfer de cldur dintre cele dou fluide. Dispunerea

aripioarelor pe evi precum i modul de circulaie al gazelor este

prezentat n cele dou variante n figura 6.15 (a -cu aripioare

longitudinale, b -cu aripioare transversale).

Fig. 6.14. Schimbtor de cldur cu aripioare

a) b)

Fig. 6.15. Tipuri constructive de evi cu aripioare

Aceste schimbtoare de cldur servesc n special ca radiatoare

pentru nclzirea aerului din ncperi sau pentru nclzirea aerului

necesar usctoarelor.


20/24


20

6.2.8.Elemente de calculul pentru schimbtoarele de cldur

Transferul de cldur n curent paralel

Fig. 6.16. Diagrama de calcul la transferul de cldur n curent paralel

=

=

22

11

"

'

rc

rc

ttt

ttt (1)

Fluxul caloric printr-o poriune infinit ezimal de suprafa de

schimb de cldur dA este:

dAttkdQ rc = )( (2)

n care keste coeficientul total de transfer de cldur.

Fluxul caloric cedat de fluidul cald (a crui temperatur n poriuneainfinit-ezimal se micoreaz cu dtc) este primit de ctre fluidul rece (a

crei temperatur temperatur crete cu dtr). Din ecuaiile calorimetrice:

=

=

rrr

ccc

dtcDdQ

dtcDdQ(3)

n care:Dc, Dr reprezint debitele de mas ale celor dou fluide;

cc, cr cldurile specifice ale celor dou fluide,rezult variaiile de temperatur ale celor dou fluide:

tr1

Fluid cald(c)

t

r

tc2

tr2

t

tc

t

dt

c

dt

r

dt

dA

A

tc1

Fluid rece (r)


21/24


21

=

=

rrr

ccc

cD

dQdt

cD

dQdt

(4)

din care, prin scdere, se obine:

dQcDcD

dtdtrrcc

rc

+

=

11(5)

de unde rezult:

dQttd rc = )( (6)

unde, s-a fcut notaia:

rrcc cDcD +

=

11 (7)

Rezult ecuaia fluxului caloric prin suprafaa infinit-ezimal dA de

forma:

==

)()( rcrc

ttddAttkdQ (8)

Din relaiile (6) i (8) rezult:

dAktt

ttd

rc

rc=

)((9)

din care, prin integrare pentru ntreaga suprafa de schimb de cldur,

se obine:

=

At

t rc

rc dAktt

ttd

0

"

'

)((10)

respectiv:

Aktt

tttt

rc

rcrc =

11

22)ln( (11)

Aktttt rcrc = )ln()ln( 1122 (12)

Aktt

tt

rc

rc =

11

22ln (13)


22/24


22

care este echivalent cu expresia:

Akt

t=

'

"ln (14)

de unde rezult expresia:

Akett = '" (15)

Din relaia (6) rezult:

)(1

rc ttddQ

= (16)

care, dac se integreaz, pentru ntregul schimbtor de cldur:

=

22

11

)(1

0

rc

rc

tt

tt

rc

Q

ttddQ (17)

rezult cantitatea de cldur total transmis de la fluidul cald la fluidul

rece pentru ntreg schimbtorul de cldur:

11

22)(

1

rc

rcrc

tt

ttttQ

= (18)

)]()[(1

1122 rcrcttttQ

= (19)

)'"(1

ttQ

= (20)

iar din relaia (9) rezult expresia parametrului sub forma:

Ak

tt

='"ln

(21)

Din ultimele dou ecuaii rezult expresia fluxului caloric transmis

de la fluidul cald la fluidul rece pentru ntreaga suprafa de schimb de

cldur:

'"ln

'"

tt

ttAkQ

= (22)


23/24


23

respectiv:

mtAkQ = (23)

n care tm reprezint diferena medie logaritmic de temperatur, avnd

expresia:

'

"lg3,2

'"

'

"ln

'"

t

t

tt

t

t

tttm

=

= (24)

Transferul de cldur n contracurent

Transferul de cldur se realizeaz n cele mai bune condiii n cazul

circulaiei n contracurent a celor dou fluide. Fluxul caloric cedat defluidul cald este egal cu fluxul caloric primit de fluidul rece. Transferul de

cldur se realizeaz ntre cele dou fluide prin intermediul unei

suprafee de schimb de cldur n regim staionar, la temperaturi

variabile, cele dou lichide meninndu-i starea fizic.

Fig. 6.17. Diagrama de calcul la transferul de cldur n contracurent

tr1

Fluid cald(c)t

r

tc2

tr2

t

tc

t

dtc

dt

r

dt

dAA

tc1

Fluid rece (r)


24/24


Eficien Compactitate

Tip de schimbtor decldur

Vite

zemari

n

evi

Vite

zemari

n

afa

raevilor

A

ccesibil

pentru

c

urirea

evilor

A

ccesibil

pentru

c

urirea

s

paiului

int

ertubular

A

ccesibil

pentru

r

eparaii Suprafaa de

schimb decldur peunitatea de

volum [m2/m3]

Cu serpentin S P N S S 4-12

Cu evi coaxiale(nedemontabil) S S N N N 4-15

Cu evi coaxiale(demontabil) S S S S S 4-10

Multitubular(nedemontabil)

S P S N P 18-40

Multitubular(demontabil) S P S S P 18-40

n spiral S S N N P 34-80

Cu plci P P S S S 50-200

S satisfctor, P satisfctor parial, N -nesatisfctor

Documents

Schimb Cal Dura