Teoria

Gli scambiatori di calore a piastre SYNOTHERM® sono progettati con l’ausilio di un software di progettazione computerizzato autonomo. Quindi la soluzione migliore e più conveniente per te può essere trovata.

La massima potenza trasferibile di uno scambiatore di calore a piastre dipende dall’area di scambio termico A in m², dal coefficiente di trasmissione del calore k in W / m²K e dalla differenza di temperatura logaritmica \Delta\vartheta_l_n [1].

Q = k \times A \times \Delta\vartheta_l_n

L’atlante termico VDI fornisce un coefficiente di trasmissione del calore k di 150-1.200 W / m²K per gli scambiatori di calore a fascio tubiero. Per scambiatori di calore a doppio tubo, si applica un valore k di 300 – 1400 W / m²K. Una trasmittanza termica k nell’intervallo 1000 – 4000 W / m²K viene fornita per scambiatori di calore a piastre [2].

Inoltre, il flusso di calore massimo che può essere emesso o assorbito dal fluido scambiatore di calore è determinato dal flusso di massa ṁ in kg / s, dalla capacità termica specifica cp in kJ / kg ° C e dalla differenza di temperatura tra il flusso di ingresso \vartheta_{ingresso} y temperatura de uscita \vartheta_{uscita} in ° C [3].

Q = \dot{m} \times c_p \times (\vartheta_{ingresso} - \vartheta_{uscita})

Questi due vantaggi devono essere gli stessi. La massima capacità trasferibile dello scambiatore di calore a piastre non deve superare il flusso di calore che può essere erogato dal fluido scambiatore di calore.

Per gli scambiatori di calore esistono due diversi principi funzionali: il controcorrente e il principio della corrente continua. Gli scambiatori di calore a piastre SYNOTHERM® funzionano secondo il principio di controcorrente. Lo scambiatore di calore a piastre si trova in un contenitore, che viene riempito con un determinato liquido di processo. Il fluido scambiatore di calore fluisce all’interno dello scambiatore di calore a piastre attraverso la guida del canale nella direzione opposta al liquido di processo.

Con il principio di controcorrente, è possibile utilizzare una differenza di temperatura logaritmica più ampia per lo scambio di calore o il trasferimento di calore. La differenza di temperatura logaritmica per il principio di controcorrente è calcolata come segue [4]:

\vartheta_l_n = \frac{\Delta\vartheta_{max} - \Delta\vartheta_{min}}{ln\frac{\Delta\vartheta_{max}}{\Delta\vartheta_{min}}}

Il coefficiente di scambio termico k viene calcolato per ogni singola applicazione. In sostanza, dipende dai coefficienti di scambio termico α_ (interno) e α_ (esterno), dallo spessore del foglio, dallo spessore del materiale gonfiabile e dalla conduttività termica del materiale in foglio [5]:

\frac{1}{k} = ( \frac{1}{\alpha_{interno}} + \frac{d_{interno}}{2\cdot\lambda} \times \ln( \frac{d_{esterno}}{d_{interno}} ) + \frac{d_{interno}}{d_{esterno}} \times \frac{1}{\alpha_{esterno}} )

La superficie a forma di cuscino degli scambiatori di calore a piastre SYNOTHERM® produce lenti di dimensioni diverse, che sono attraversate dal mezzo dello scambiatore di calore. Disposizioni speciali del disegno del punto di saldatura generano turbolenze nello scambiatore di calore a piastre e i numeri di Reynolds come risultato nel campo di flusso turbolento. Questo effetto è rafforzato da ulteriori deflessioni dei canali. La caratteristica struttura di ammortizzamento degli scambiatori di calore a piastre consente coefficienti di trasferimento termico più elevati α all’interno e di conseguenza un coefficiente di scambio termico più elevato k. Come mostra la seguente formula di base, è richiesta meno area di scambio termico A per ottenere le stesse prestazioni di trasferimento di calore Q.

Il coefficiente di trasferimento del calore si applica al mezzo dello scambiatore di calore, che scorre attraverso i canali dello scambiatore di calore a piastre. È determinato dal numero di Reynolds, dalle caratteristiche geometriche del canale, dal flusso di volume e dalle proprietà fisiche del mezzo dello scambiatore di calore. Le proprietà fisiche del mezzo di scambio termico sono prese in considerazione dal numero Prandtl. Inoltre, vengono calcolati la densità, la viscosità cinematica e la conduttività termica del fluido scambiatore di calore. Un altro numero caratteristico, necessario per determinare il coefficiente di trasferimento del calore, è il numero del dado.

Il coefficiente di trasferimento del calore α_ (esterno) si basa sull’esperienza acquisita in molti anni, che dipende dalla temperatura del liquido di processo (che può essere omessa) e dal movimento del liquido di processo.

La perdita di pressione causata dallo scambiatore di calore a piastre può essere calcolata con la seguente formula di base [6]:

\Delta p = \frac{\rho \times L \times w^2 \times \lambda}{2 \times d}

Dove L è la lunghezza totale del canale in mm, w è la velocità del flusso in m / s, \lambda è il coefficiente di attrito del tubo ed d è il diametro idraulico di un obiettivo.

[1] von Böckh, P./Wetzel T. (Hrsg.) (2015): Wärmeübertragung, Grundlagen und Praxis, 6.Auflage, Karlsruhe, S.9
[2] Gesellschaft, VDI (2013): VDI-Wärmeatlas, 11. Auflage,Wiesbaden,S.85-87
[3] von Böckh, P./Wetzel T. (Hrsg.) (2015): Wärmeübertragung, Grundlagen und Praxis, 6.Auflage, Karlsruhe, S.8
[4] von Böckh, P./Wetzel T. (Hrsg.) (2015): Wärmeübertragung, Grundlagen und Praxis, 6.Auflage, Karlsruhe, S.9
[5] von Böckh, P./Wetzel T. (Hrsg.) (2015): Wärmeübertragung, Grundlagen und Praxis, 6.Auflage, Karlsruhe, S.28
[6] Khartchenko N. V. (1997): Umweltschonende Energietechnik, 1. Auflage, Würzburg, S.28