Fluidi termici di servizio

Fluido termico Sali fusi Fluidi termici di servizio Fluidi frigoriferi (etilene, ammoniaca, ecc.) Salamoie (soluzioni acquose di sali) Acqua refrigerata Acqua di pozzo Acqua industriale Aria Acqua demineralizzata Acqua demineralizzata (vaporizzante, per raffreddare) Vapor d acqua (condensante, per riscaldare) Oli termici Oli termici speciali (Dowtherm) Fumi di combustione (forni) Campo di impiego ( C) -80/-10-15/+5 +5/+20 +10/+30 +20/+40-5/+80 +40/+150 +90/+250 +50/+300 +200/+350 +200/+1000 +350/+700

Fattori di sporcamento Fluido Acqua di fiume Acqua di mare Acqua industriale Aria e gas industriali Condensa (acqua) Fluidi termici (oli e liquidi) Gas di combustione Idrocarburi leggeri Idrocarburi pesanti Organici in fase di ebollizione Organici in fase di condensazione Salamoia di raffreddamento Soluzioni acquose di sali Vapor d acqua (privo di tracce di olio) Vapor d acqua (con tracce di olio) Vapori organici Sporcamento (m 2 K/W) 0.000008-0.00035 0.00035-0.001 0.00015-0.00035 0.0001-0.0002 0.0002-0.0007 0.0002 0.0002-0.0005 0.0002 0.0005 0.0004 0.0002 0.0002-0.00035 0.0002-0.00035 0.00001-0.00025 0.0002-0.0005 0.0002

Sporcamento dei tubi lato mantello

Sporcamento lato tubi

Scambiatori a fascio tubiero Tipologie Se T tubi - mantello > 30 C le dilatazioni termiche differenziali possono causare lo sfilaggio dei tubi dalla piastra. Si inserisce un compensatore di dilatazione ad onda sul mantello Si utilizzano tubi ad U: difficili da pulire all interno Si utilizzano scambiatori a testa flottante: i tubi sono fissati a una piastra fissa e a una libera di muoversi all interno del mantello I fasci tubieri ad U e a testa flottante sono estraibili dal mantello per effettuare la pulizia all estreno; quelli a teste fisse no Tubi Diametro esterno: 16-30 mm (spessore 1.5-2 mm) Lunghezze standard 1.8 2.4 3.6-4.8 6.0-7.2 m. Per uno scambiatore da 120 m 2 si utilizzano tubi da 4.8 m Mantello Diametro: dipende dal numero dei tubi: tra 150 mm a 1.5 m Fino a 700 mm si usano tubi commerciali, al di sopra si utilizza lamiera tagliata, sagomata e saldata. Il rapporto tra lunghezza dei tubi e diametro del mantello è 5-10

Compensatore di dilatazione a onda

Scambiatore con tubi ad U

Scambiatori a testa flottante Scambiatore 1-2 a testa flottante con backing device tipo AES senza backing device backing device

Video Scambiatori a fascio tubiero Costruzione fascio tubiero a testa flottante con clamp ring

Scambiatori a fascio tubiero Norme TEMA (Tubular Exchanger Manufacturers Association) Ogni tipo di scambiatore è identificato mediante un codice a 3 lettere La prima identifica il tipo di testa anteriore che è sempre fissa La seconda identifica il tipo di mantello La terza identifica il tipo di testa posteriore (fissa o flottante)

Scambiatori a fascio tubiero Norme TEMA (Tubular Exchanger Manufacturers Association)

Scambiatori a fascio tubiero

Scambiatori a fascio tubiero Scambiatore 1-1 a teste fisse tipo BEM con compensatore di dilatazioni

Nomenclatura Scambiatori a fascio tubiero

Montaggio verticale Scambiatori a fascio tubiero

Scambiatori a fascio tubiero Scambiatore 2-2 tipo CFU con tubi ad U

Scambiatori a fascio tubiero Possibile tenuta sul diaframma longitudinale

Montaggio orizzontale Scambiatori a fascio tubiero

Scambiatore tipo AJW Scambiatori a fascio tubiero

Scambiatori a fascio tubiero Condensatore double split flow

Scambiatori a fascio tubiero Si utilizzano più passaggi lato tubi per aumentare la velocità del fluido Aumenta il coefficiente di scambio termico (e le perdite di carico) 2 passaggi lato tubi 4 passaggi lato tubi 4 passaggi lato tubi 6 passaggi lato tubi

Scambiatori a fascio tubiero

4 passaggi lato tubi Scambiatori a fascio tubiero 6 passaggi lato tubi

Scambiatori a fascio tubiero 4 passaggi lato tubi

Piastre tubiere Scambiatori a fascio tubiero disposizione dei tubi secondo maglie regolari

Scambiatori a fascio tubiero Attacco tubi-piastra Saldatura Mandrinatura Premistoppa Esecuzione della mandrinatura

Video Scambiatori a fascio tubiero Costruzione fascio tubiero

Scambiatori a fascio tubiero Mandrinatura dei tubi

Saldatura dei tubi Scambiatori a fascio tubiero

Costruzione di scambiatori a fascio tubiero

Diaframmi

Diaframmi La distanza tra i diaframmi varia tra il 20 e il 100% del diametro del mantello Il taglio dei diaframmi è 20-25%

Video Montaggio diaframmi Diaframmi

Diaframmi possono essere disposti con il taglio orizzontale o verticale possono occupare l intera sezione se si lascia spazio tra diaframmi e tubi

Vibrazioni nei tubi Si possono saltare delle file di tubi vicino ai bocchelli di ingresso e uscita

Scambiatori costituiti da più corpi

Trasporto di uno scambiatore

Scambio termico per convezione Se i fluidi non cambiano di fase e le proprietà fisiche sono costanti A 0 = U D Q T ML F T A 0 = superficie di scambio termico, calcolata sulla parete più esterna (m 2 ); Q = calore scambiato (W); U D = coefficiente globale di scambio termico (a tubi sporchi) (W/m 2 K); T = temperatura del fluido caldo (K); t = temperatura del fluido freddo (K). T ML = (T 1 t 2 T ln T ) (T 1 2 t t 2 2 1 t 1 ) Se (T 1 t 2 ) = (T 2 t 1 ) T ML = (T 1 t 2 ) = (T 2 t 1 ) F T = fattore di efficienza dello scambio termico

Scambio termico F T = 1 quando lo scambio termico è perfettamente controcorrente e, comunque, se la temperatura di uno dei due fluidi è constante Se lo scambio termico non è perfettamente controcorrente F T < 1. F T = f (R, S, geometria) R S = = T t 1 2 t T 2 T t 1 2 1 t t 1 1 I valori di F T sono riportati in grafici, ognuno dei quali è riferito ad una particolare geometria. Se il valore di F T è troppo basso (< 0.75) va modificata la geometria dello scambiatore, o vanno variate le temperature di ingresso e/o uscita dei fluidi

Scambiatori a fascio tubiero Se il numero di passaggi lato tubi è diverso da quello lato mantello (che sono, al massimo, 2) non si ha più controcorrente pura es. scambiatore 2 passaggi lato tubi 1 passaggio lato mantello 85 85 85 80 80 80 75 75 75 70 70 70 65 65 65 T( C) 60 55 T( C) 60 55 T( C) 60 55 50 50 50 45 45 45 40 40 40 35 Q 35 Q 35 Q Se la T di uscita del fluido caldo è inferiore alla T di uscita del fluido freddo (zona gialla) ci sono problemi con F T F T basso o scambio termico impossibile

Scambiatori a fascio tubiero Efficienza dello scambio termico per apparecchi 1-2 (1-n) R = T t 1 2 T t 2 1 t2 S = T 1 t t 1 1

Scambiatori a fascio tubiero T 1 = 80 t 1 = 40 T 1 = 80 t 1 = 40 T 1 = 80 t 1 = 40 T 2 = 60 t 2 = 50 T 2 = 52 t 2 = 54 T 2 = 45 t 2 = 57.5 R = 2 S = 0.25 R = 2 S = 0.35 R = 2 S = 0.45 85 85 85 T( C) 80 75 70 65 60 55 FT = 0.97 80 FT = 0.75 80 FT = 0 T( C) 75 70 65 60 55 T( C) 75 70 65 60 55 50 45 40 35 L 50 45 40 35 L 50 45 40 35 L I profili di T in funzione della lunghezza dei tubi possono incrociarsi In questo caso lo scambio termico non avviene nella direzione desiderata Il fluido freddo, in una parte dell apparecchio, è a T maggiore del fluido caldo Lo scambio termico può diventare impossibile e occorre variare: la geometria dell apparecchio (ad esempio: 2-4, 2-2, 1-1) oppure le T di uscita dei fluidi (e quindi si scambia meno calore)

Scambiatori a fascio tubiero Efficienza dello scambio termico per apparecchi 2-4 (2-n) R = T t 1 2 T t 2 1 t2 S = T 1 t t 1 1

Avviamento degli scambiatori