DIMENSIONAMENTO SCAMBIATORI DI CALORE A FASCIO TUBIERO (CENNI)

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1 DIMENSIONAMENTO SCAMBIATORI DI CALORE A FASCIO TUBIERO (CENNI)

2 PREMESSA 1) NELLA PRATICA INDUSTRIALE SONO UTILIZZATI MOLTO FREQUENTEMENTE SCAMBIATORI A FASCIO TUBIERO A PIU PASSAGGI LATO TUBO E LATO MANTELLO; POICHE I CALCOLI RELATIVI A TALI SCAMBIATORI RISULTANO UN PO COMPLICATI, CI LIMITEREMO ALL ANALISI DEGLI SCAMBIATORI PIU SEMPLICI, OSSIA DEL TIPO 1:1 2) TECNICAMENTE SI POSSONO EFFETTUARE DUE TIPI DI CALCOLI: CALCOLI DI VERIFICA: SI VERIFICA SE UNO SCAMBIATORE GIA ESISTENTE E IN GRADO DI FUNZIONARE (OVVERO RIESCE A FARE LO SCAMBIO TERMICO VOLUTO); CALCOLI DI PROGETTO: LO SCAMBIATORE NON C E E QUINDI VA PROGETTATO EX-NOVO NOI CI LIMITEREMO SOLO AI CALCOLI DI VERIFICA 3) VERIFICA DELLO SCAMBIATORE: COME GIA VISTO PER GLI HAIRPIN E NECESSARIA SIA LA VERIFICA TERMICA CHE LA VERIFICA IDRAULICA

3 VERIFICA TERMICA DI UN FASCIO TUBIERO SI CONFRONTA UD TEORICO CON UD SPERIMENTALE UD TEORICO D SPERIMENTALE lo scambiatore risulta verificato termicamente quando:

4 CALCOLO UD TEORICO CALCOLATO SU UNO DEI DUE FLUIDI SUP. LATERALE DI UN TUBO * NUMERO TUBI

5 CALCOLO UD SPERIMENTALE IN QUESTO CASO hi SI RIFERISCE AL LATO TUBI MENTRE he AL LATO MANTELLO hi he come si vede la formula lato mantello cambia leggermente e si introduce ancora il diametro idraulico equivalente

6 CALCOLI LATO TUBO CONVIENE RISCRIVERE ANCORA LA TABELLA COSTANTI CALCOLATE ALLA T MEDIA PER OGNI FLUIDO STESSI CRITERI PER STABILIRE L INVIO DEI FLUIDI LATO TUBI/MANTELLO

7 CALCOLI LATO MANTELLO DIAMETRO IDRAULICO EQUIVALENTE Deq NEL CASO DEL FASCIO TUBIERO, IL CALCOLO DEL Deq SI EFFETTUA IN FUNZIONE DELLA DISPOSIZIONE DEI TUBI NEL FASCIO PASSO QUADRATO PASSO TRIANGOLARE y = passo dei tubi (distanza tra i centri di due tubi consecutivi) c = luce di passaggio (spazio libero tra i tubi)

8 CALCOLO Deq IN CASO DI PASSO QUADRATO AREA DI PASSAGGIO PERIMETRO BAGNATO SI PROCEDE CON LO STESSO METODO PER IL PASSO TRIANGOLARE

9 PASSO TRIANGOLARE AREA DI PASSAGGIO PERIMETRO BAGNATO

10 CALCOLO AREA DI PASSAGGIO LATO MANTELLO E UN CALCOLO NON IMMEDIATO, IN QUANTO RAPPRESENTA L AREA LIBERA DI PASSAGGIO A DISPOSIZIONE DEL FLUIDO LATO MANTELLO, CHE LAMBISCE ESTERNAMENTE I TUBI E SCORRE ATTRAVERSO I DIAFRAMMI FACCIAMO UNA SEZIONE VERTICALE DI UN FASCIO TUBIERO SI OTTIENE UNA SEZIONE DI QUESTO TIPO:

11 VIA VIA CHE IL LIQUIDO PERCORRE IL MANTELLO, PASSA PROGRESSIVAMENTE DA ZONE AD AREA MAGGIORE A ZONE AD AREA MINORE, CON AREA MASSIMA IN CORRISPONDENZA DELLA META DELLO SHELL QUALE AREA DI PASSAGGIO CONSIDERARE?

12 NUMERO DI LUCI AREA DI UNA LUCE Dis = diametro dello shell c = y-de luce di passaggio lb = distanza tra i diaframmi

13 A p, tubi LATO TUBO d 4 2 i n tubi LATO MANTELLO passo dei tubi!! VERIFICA TERMICA

14 VERIFICA IDRAULICA DI UN FASCIO TUBIERO COME GIA DETTO, LA VERIFICA IDRAULICA CONSISTE NEL CALCOLARE LE PERDITE DI CARICO LATO TUBI E LATO MANTELLO E CONFRONTARLE CON QUELLE MASSIME AMMISSIBILI DETERMINATE IN FASE DI PROGETTO SE LE PERDITE DI CARICO CALCOLATE SU ENTRAMBI I LATI SONO INFERIORI A QUELLE PROGETTUALI LO SCAMBIATORE E VERIFICATO ANCHE DAL PUNTO DI VISTA IDRAULICO

15 CALCOLO PERDITE DI CARICO CONTINUE LATO TUBI LOCALIZZATE LATO TUBI f dal grafico* Ltot=Ltubo x n n= n passaggi lato tubo TOTALE LATO TUBI: LA SOMMA DI CONTINUE E LOCALIZZATE TOTALI LATO SHELL f dal grafico* Ltot= Dis x n diaframmi n diaframmi = Ltubi / lb DA CONFRONTARE CON QUELLE FISSATE IN FASE PROGETTUALE * I diagrammi per il calcolo del coefficiente di attrito f sono i seguenti:

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18 ESERCIZIO kg/h di un distillato a 35 API devono essere raffreddati da 123 a 65 C mediante acqua di fiume che entra a 26 C ed esce a 48 C. Si ha disponibile uno scambiatore a fascio tubero tipo 1:1 avente Dis=49cm e contenente 204 tubi di acciaio ¾ BWG16 di lunghezza 4,85m disposti a quadrato con passo di 1. I diaframmi sono distanziati di 5. Verificare l utilizzabilità di questo scambiatore sapendo che le perdite di carico ammesse sono di 0,7 ata per entrambi i lati.