Cos'è scambiatore di calore?

Uno scambiatore di calore è un dispositivo progettato per trasferire calore tra due o più fluidi, senza che questi si mescolino direttamente. Sono componenti cruciali in molti processi industriali, come la generazione di energia, il riscaldamento, la ventilazione e il condizionamento dell'aria (HVAC), la lavorazione chimica e l'industria alimentare.

Esistono diverse tipologie di scambiatori di calore, classificate in base a diversi criteri:

• Tipo di flusso:

  • A corrente parallela (concorrente): I fluidi scorrono nella stessa direzione.
  • A controcorrente: I fluidi scorrono in direzioni opposte. Questo design offre la massima efficienza termica.
  • A flusso incrociato: I fluidi scorrono perpendicolarmente l'uno all'altro.

• Costruzione:

  • A fascio tubiero: Composti da un fascio di tubi all'interno di un guscio. Un fluido scorre all'interno dei tubi, mentre l'altro scorre intorno ai tubi all'interno del guscio.
  • A piastre: Composti da una serie di piastre corrugate separate da guarnizioni, creando canali per il flusso dei fluidi. Sono più compatti e offrono una maggiore superficie di scambio termico rispetto a quelli a fascio tubiero.
  • A piastre e telaio: Variante di quelli a piastre, con piastre tenute insieme da un telaio esterno. Sono facili da smontare per la pulizia e la manutenzione.
  • Ad aria: Utilizzano l'aria come uno dei fluidi di scambio termico. Sono spesso utilizzati per raffreddare fluidi industriali o motori.

• Fase dei fluidi:

  • Scambiatori di calore monofase: Entrambi i fluidi rimangono nella stessa fase (liquido o gas) durante il processo di scambio termico.
  • Scambiatori di calore a cambiamento di fase: Uno o entrambi i fluidi cambiano fase (ad esempio, da liquido a gas o viceversa). Gli esempi includono evaporatori e condensatori.

Efficienza di uno scambiatore di calore è una misura di quanto efficacemente trasferisce calore tra i fluidi. Dipende da vari fattori, tra cui la superficie di scambio termico, la differenza di temperatura tra i fluidi, le proprietà dei fluidi e il coefficiente di scambio termico. La differenza di temperatura media logaritmica (LMTD) è un parametro importante per calcolare l'efficienza.

I materiali di costruzione degli scambiatori di calore dipendono dalle proprietà dei fluidi e dalle condizioni operative. I materiali comuni includono acciaio al carbonio, acciaio inossidabile, rame, alluminio e titanio.

Manutenzione regolare è essenziale per garantire il corretto funzionamento e l'efficienza degli scambiatori di calore. Questo include la pulizia delle superfici di scambio termico per rimuovere incrostazioni e depositi, la verifica di eventuali perdite e la riparazione o sostituzione dei componenti danneggiati. L'incrostazione (fouling) è un problema comune che riduce l'efficienza del trasferimento di calore.