Scambiatori Di Calore

SCAMBIATORI DI CALORE Gli scambiatori di calore a superficie sono quelle apparecchiature in cui la trasmissione del calore tra i due fluidi avviene per convezione tra i fluidi e le rispettive superfici solide lambite e per conduzione attraverso la parete che separa i fluidi.

Scambiatori a tubi concentrici: Scambiatori di calore costituiti da un tubo esterno e da uno o più tubi interni. Se i due fluidi entrano nello scambiatore dalla stessa estremità si ha una disposizione in equicorrente, viceversa, in controcorrente. Quest’ultima disposizione è in generale più efficace dal punto di vista dello scambio termico realizzato ed inoltre permette di realizzare temperature di uscita del fluido freddo maggiori di quella di uscita del fluido caldo, cosa impossibile nel caso di equicorrente.

Equicorrente

Controcorrente

Scambiatori a fascio tubiero: Scambiatori di calore costituiti da un fascio compatto di tubi fissati alle estremità (per mandrinatura o saldatura) su due piastre tubiere generalmente circolari; questo fascio di tubi è alloggiato entro un corpo cilindrico detto mantello o fasciame. Due opportune testate di estremità distribuiscono un fluido entro i tubi (fluido interno), mentre l’altro fluido scorre esternamente ai tubi dentro il fasciame (fluido esterno). Spesso nel fasciame si dispongono dei diaframmi ortogonali ai tubi col compito di elevare la turbolenza del fluido esterno ed ottenere così coefficienti di convezione termica più elevati. I diaframmi svolgono anche funzione di supporto dei tubi.

Scambiatori a piastre: Scambiatori di calore costituiti da una serie di piastre metalliche, di forma approssimativamente rettangolare, che vengono impaccate a pressione in un opportuno telaio o saldobrasate. Le piastre, ottenute per stampaggio in pressa, presentano opportune corrugazioni a rilievo nella zona centrale, quattro aperture circolari in corrispondenza agli angoli, e perimetralmente dei solchi per l’alloggiamento delle guarnizioni. Le corrugazioni, oltre a conferire maggiore rigidità alle piastre (che hanno spessore metallico di 0.5÷1.2 mm), permettono il formarsi di serie di canali di passaggio per i fluidi tra le piastre stesse quando queste sono impaccate. La spaziatura delle piastre nel pacco, per effetto delle corrugazioni e della presenza delle guarnizioni, è compresa tra 1.5 mm e 5.5 mm. Le aperture circolari agli angoli delle piastre, quando queste sono accostate nel pacco, formano i condotti di distribuzione e ripresa dei fluidi; la presenza delle guarnizioni opportunamente disposte permette di far passare alternativamente i due fluidi negli spazi tra le piastre. Il loro tipico impiego è quello dello scambio termico tra liquidi senza cambiamento di fase, con coefficienti di scambio termico sensibilmente superiori a quelli comunemente riscontrati negli apparecchi a fascio tubiero.

Batterie alettate: Scambiatori di calore utilizzati quando si deve realizzare lo scambio termico tra un liquido ed un gas a pressione moderata. Essi sono costituiti da una serie di tubi, in cui fluisce il liquido, ed un fascio compatto di alette, disposte trasversalmente ai tubi stessi, dove fluisce il gas. Si realizza quindi uno scambio termico a flussi incrociati.

Le alette, solitamente in alluminio, sono essenzialmente di tre tipi: lisce, corrugate e turbolenziate.

Alette lisce

Alette corrugate

Alette turbolenziate

Scambiatori compatti: Scambiatori di calore aventi una superficie di scambio molto elevata in rapporto al volume occupato. Essi sono formati da una serie di passaggi con ampia superficie tra i piani metallici separanti alternativamente le correnti fluide che si scambiano calore. Questi scambiatori sono usualmente impiegati per realizzare lo scambio termico tra due correnti gassose.

Scambiatori a minicanali: Scambiatori in alluminio composti da tubi piatti aventi più ports, collegati da collettori atti alla distribuzione del refrigerante. I vari tubi sono divisi da alette piegate e solitamente turbolenziate.

Negli evaporatori si ha il grosso problema del drenaggio della condensa e dell’eventuale formazione di brina. Modine ha “risolto” il problema con un disegno particolare delle alette.

Esempio applicativo: utilizzo degli scambiatori a minicanali nel condizionamento degli autoveicoli (FIAT)

Evaporatore

Condensatore