Scambio Termico dettagli costruttivi di scambiatori di calore. F. Grisafi

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1 Scambio Termico dettagli costruttivi di scambiatori di calore F. Grisafi

2 Schemi di contatto Controcorrente Correnti incrociate Equicorrente

3 Scambiatori a doppio tubo (hairpins)

4 Tipici scambiatori a doppio tubo

5 Hairpin con tubo interno alettato

6 Hairpins

7 Shell-and-Tube Heat Exchanger Ref: Incropera & Dewitt (2002)

8 Disposizione dei tubi La distanza tra due tubi adiacenti (centro-centro) viene indicata come passo (P T ). Il modulo con cui vengono disposti può essere quadrato (ruotato o meno) e triangolare. Quest ultimo è quello più usato a meno che non si trattino lato shell fluidi molto sporcanti che richiedono frequenti pulizie dei tubi (agevolate dai passi quadrati). A ciascuna disposizione corrisponde un diametro equivalente da utilizzare nella definizione del Re lato mantello.

9 Piastra tubiera (tubesheet) TESTA CODA Disposizione dei tubi Diaframmi sulle tubesheet (più passaggi lato tubo)

10 Fissaggio tubi-piastra tubiera Tipi di fissaggio dei tubi alla piastra Doppia piastra (saldatura e/o mandrinatura) Guarnizione deformabile ad anello Mandrinatura Saldatura Mandrinatura dei tubi alla piastra premistoppa piastra tubo Collegamento stoppa-premistoppa (stuffing box)

11 Scambiatori di calore a passaggi multipli (tubi e/o mantello) Single tube-side pass Multiple tube-side passes Single shell-side pass Multiple shell-side passes

12 Setti lato mantello (baffles) (a) Segmental (b) Segmental and strip (c) Disc and doughnut (d) Orifice Types of baffle used in shell and tube heat exchangers.

13 Bypass del fluido lato shell Stream A tube-to-baffle leakage stream. Stream B actual cross-flow stream. Stream C bundle-to-shell bypass stream. Stream E baffle-to-shell leakage stream. Stream F pass-partition stream (double shell pass)

14 Specifiche TEMA

15 Specifiche TEMA

16 Specifiche TEMA

17 Scambiatori a fascio tubiero e mantello

18 Tipico scambiatore a fascio tubiero

19 Scambiatori per elevate differenze di temperatura tra le correnti (tolleranza per le dilatazioni termiche) Con testa flottante interna Con giunto di espansione

20 Scambiatore a testa flottante interna (con anello in due metà - split ring) split ring

21 Con testa flottante esterna Con tubi ad U

22 Scambiatore a testa flottante interna (con anello a lanterna )

23 Scambiatore tipo Kettle (ribollitore di coda di colonne di distillazione)

24 Legenda degli schemi precedenti

25 Scambiatore TEMA AES

26 Diaframmi (baffles) Lato mantello si ricorre all uso di diaframmi longitudinali detti baffles che parzializzano la sezione di passaggio (con aumento della velocità), costringendo la corrente fluida ad effettuare una traiettoria ortogonale rispetto al fascio tubiero. In questo modo si incrementano i livelli I turbolenza e quindi I coefficienti di scambio lato mantello. I setti sono tipicamente circolari con una sezione pari al 25% del diametro tagliata. Possono essere disposti con la sezione libera sia verticalmente che orizzontalmente.

27 The ROD baffle heat exchanger design (Phillips Petroleum Co.)

28 Fasci tubieri (scambiatori ad U )

29 Effetto della disposizione dei tubi Direzione del flusso Flow through a tube bank showing the effect of tube placement and the effect of upstream tube on boundary layers on tubes in downstream flow. ( Due to H. Thoma (1929), with photo due to W. Lorisch, Mitt Forchungsarb, 322, 1929.)

30 Disposizione a passo triangolare

31 Sporcamento Electron microscope image showing fibers, dust, and other deposited material on a residential air conditioner coil and a fouled water line in a water heater.

32 Sporcamento

33 Scambiatori a piastre Vantaggi: Compattezza Efficienza termica Modularità Facile pulizia e ispezione (ind. alim. e farm.) Svantaggi: Non adatti per elevati Δp tra i due fluidi Limite sulle T max a causa delle guarnizioni Costi maggiori rispetto a S&T (a parità di superficie)

34 Scambiatori a piastre

35 Scambiatori a piastre

36 Scambiatori a piastre Dettaglio della tenuta

37 Schema di contatto Serie (N-N) Parallelo (1-1) Misto (2-2; 3-3; 4-4; 1-2; 1-3; ; x-y) Serie Parallelo Schema 1-2

38 Scambiatori a serpentina (Coil exhangers)

39 Recipienti Incamiciati (Jacked vessels) Spirally baffled jacket Dimple jacket Half-pipe jacket

40 Recipienti Incamiciati (Jacked vessels) 1.heating steam inlet connection 2.header 3.inlet of feedwater 4.vapour vent pipe connection 5.spray nozzles 6.steam jacket 7.safety valve connection 8.cascade trays 9.supporting brackets 10.handhole 11.supporting ring

41 Tubi alettati Radiatore (Scambio di calore liquido/gas)

42 Forni (Furnaces) Fired heaters, (a) Vertical-cylindrical, all radiant (b) Vertical-cylindrical, helical coil (c) Vertical-cylindrical with convection section

43 Scambiatori a blocchi di grafite