DIMENSIONAMENTO SCAMBIATORI DI CALORE A FASCIO TUBIERO (CENNI)
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
VERIFICA TERMICA DI UN FASCIO TUBIERO SI CONFRONTA UD TEORICO CON UD SPERIMENTALE UD TEORICO D SPERIMENTALE lo scambiatore risulta verificato termicamente quando:
CALCOLO UD TEORICO CALCOLATO SU UNO DEI DUE FLUIDI SUP. LATERALE DI UN TUBO * NUMERO TUBI
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
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
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)
CALCOLO Deq IN CASO DI PASSO QUADRATO AREA DI PASSAGGIO PERIMETRO BAGNATO SI PROCEDE CON LO STESSO METODO PER IL PASSO TRIANGOLARE
PASSO TRIANGOLARE AREA DI PASSAGGIO PERIMETRO BAGNATO
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:
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?
NUMERO DI LUCI AREA DI UNA LUCE Dis = diametro dello shell c = y-de luce di passaggio lb = distanza tra i diaframmi
A p, tubi LATO TUBO d 4 2 i n tubi LATO MANTELLO passo dei tubi!! VERIFICA TERMICA
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
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:
ESERCIZIO 20000 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.