Gli scambiatori di calore industriali sono apparecchiature utilizzate in diversi processi industriali per scambiare calore tra due fluidi o tra un fluido e un solido. Esistono diversi tipi di scambiatori di calore industriali: i più comuni sono quelli a piastre, a tubi e a fascio tubiero.
Utilizzati per numerosi scopi, gli scambiatori vengono impiegati nel raffreddamento di macchinari, nella produzione di energia elettrica, nei processi di riscaldamento e raffreddamento di fluidi, nell’industria chimica e petrolchimica, nella produzione di alimenti e bevande e in molti altri settori.
Ma vediamo più da vicino le diverse tipologie di scambiatori industriali.
Scambiatori di calore a piastre: vantaggi e svantaggi
Gli scambiatori di calore a piastre sono composti da una serie di piastre sottili impilate una sull’altra e sigillate ai bordi. Coi fluidi da riscaldare e raffreddare che scorrono attraverso canali alternati tra le piastre, il calore viene trasferito dalla parte calda a quella fredda.
Gli scambiatori di calore a piastre sono utilizzati per una vasta gamma di applicazioni industriali, poiché sono molto efficienti e possono essere progettati per gestire diverse portate e temperature dei fluidi. Inoltre, sono spesso più compatti e leggeri rispetto ad altri tipi di scambiatori di calore, il che li rende una scelta popolare dove lo spazio è limitato.
I vantaggi degli scambiatori di calore a piastre sono:
- alto coefficiente di trasmissione del calore;
- adattabilità (possono essere divisi in più unità, così da riscaldare o raffreddare in contemporanea diversi fluidi);
- dimensioni compatte;
- facili da pulire e riparare;
- difficoltà a sporcarsi;
- economicità (le piastre sono in lamiera).
Gli svantaggi degli scambiatori di calore a piastre sono:
- necessità di sostituire spesso la guarnizione;
- pressione d’uso e temperatura di esercizio limitate;
- breve percorso del flusso, che lo rende inadatto allo scambio gas-gas e alla condensazione del vapore.
Scambiatori di calore a fascio tubiero: vantaggi e svantaggi
Gli scambiatori di calore a fascio tubiero sono composti da un fascio di tubi attraverso i quali scorrono i fluidi da scambiare. I tubi sono posizionati all’interno di un guscio.
Il fluido caldo scorre attraverso i tubi interni, mentre il fluido freddo scorre attraverso lo spazio tra i tubi e il guscio esterno. In questo modo, il calore viene trasferito dal fluido caldo ai tubi e poi al fluido freddo.
Gli scambiatori di calore a fascio tubiero possono essere di diversi tipi, tra cui a passaggio singolo, a passaggio multiplo e a flusso incrociato. In un sistema a passaggio singolo, il fluido caldo e il fluido freddo attraversano gli scambiatori di calore solo una volta. In un sistema a passaggio multiplo, invece, i fluidi attraversano gli scambiatori di calore più di una volta, aumentando l’efficienza del trasferimento di calore.
Gli scambiatori di calore a fascio tubiero sono utilizzati in molte applicazioni industriali, soprattutto quando è necessario scambiare grandi quantità di calore o quando i fluidi da scambiare sono particolarmente corrosivi o ad alta pressione. Tuttavia, sono solitamente più grandi e pesanti rispetto ad altri tipi di scambiatori di calore a causa della presenza del guscio esterno e dei tubi.
Scambiatori di calore a tubi concentrici: vantaggi e svantaggi
Gli scambiatori di calore a tubi concentrici sono costituiti da due tubi concentrici, uno interno e uno esterno. Il fluido caldo scorre attraverso il tubo interno, mentre il fluido freddo scorre attraverso lo spazio tra i due tubi.
Il calore viene trasferito dal fluido caldo al fluido freddo attraverso la parete del tubo interno. La superficie esterna del tubo interno è in contatto con il fluido freddo, mentre la superficie interna del tubo esterno è in contatto con il fluido caldo. In questo modo, il calore viene trasferito attraverso la parete del tubo interno dal fluido caldo al fluido freddo.
Utilizzati soprattutto nelle applicazioni in cui i fluidi da scambiare hanno proprietà termiche molto diverse (es. fluido caldo con una temperatura molto elevata e fluido freddo con una temperatura relativamente bassa), a causa della complessità della loro progettazione sono solitamente più costosi rispetto ad altri tipi di scambiatori di calore.
Scambiatori di calore ad aria: vantaggi e svantaggi
Gli scambiatori di calore ad aria sono dispositivi che trasferiscono calore da un fluido ad un gas (solitamente l’aria) mediante convezione.
In uno scambiatore di calore ad aria, il fluido da riscaldare o raffreddare scorre attraverso dei tubi, mentre l’aria viene fatta circolare intorno ai tubi. Il calore viene trasferito dal fluido ai tubi e poi all’aria attraverso la loro superficie esterna.
Gli scambiatori di calore ad aria più comuni sono quelli alettati e quelli a serpentina: nei primi, i tubi sono dotati di alette che aumentano la superficie di contatto tra i tubi e l’aria, aumentando quindi l’efficienza del trasferimento di calore; nei secondi, i tubi sono avvolti in una configurazione a spirale, che aumenta la superficie di contatto tra i tubi e l’aria.
Gli scambiatori di calore ad aria sono utilizzati in molte applicazioni industriali, come ad esempio nei sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell’aria (HVAC), nei sistemi di raffreddamento di motori, nei processi di essiccazione, nei forni industriali e in molti altri settori.
Come scegliere il tipo di scambiatore di calore più adatto alle tue esigenze
La scelta del tipo di scambiatore di calore più adatto alle proprie esigenze dipende da diversi fattori:
- temperatura e portata dei fluidi: gli scambiatori di calore a piastre sono adatti per temperature e portate relativamente basse, gli scambiatori di calore a tubi concentrici sono consigliati in caso di temperature elevate;
- proprietà termiche dei fluidi (densità, viscosità, conducibilità termica): se i fluidi hanno proprietà termiche molto diverse, un scambiatore di calore a tubi concentrici potrebbe essere la scelta migliore;
- spazio disponibile per l’installazione dell’apparecchiatura: gli scambiatori di calore a piastre sono spesso più compatti e leggeri rispetto ad altri tipi di scambiatori, il che li rende una scelta popolare dove lo spazio è limitato:
- costo: alcuni scambiatori di calore possono essere più costosi di altri, ma potrebbero offrire un maggiore rendimento in termini di efficienza energetica e durata;
- materiali: se i fluidi da scambiare sono particolarmente corrosivi, potrebbe essere necessario utilizzare materiali resistenti alla corrosione come l’acciaio inossidabile o il titanio.
Se desideri maggiori informazioni sugli scambiatori di calore industriale e sul loro funzionamento, vai a questa pagina, troverai molte informazioni tecniche che ti aiuteranno anche a capire la tipologia più adatta alla tue esigenze.
Esempi di applicazioni delle diverse tipologie di scambiatori di calore industriali
Ogni tipologia di scambiatore si adatta maggiormente ad un particolare impiego:
- gli scambiatori di calore a piastre sono utilizzati in molti processi industriali, come ad esempio il riscaldamento e il raffreddamento di fluidi in impianti chimici, farmaceutici e alimentari, e vengono utilizzati nei sistemi di riscaldamento e raffreddamento di edifici e negozi;
- gli scambiatori di calore a tubi concentrici vengono impiegati quando bisogna scambiare calore tra un fluido e un gas (es. sistemi di riscaldamento e raffreddamento dell’aria) e quando i fluidi da scambiare hanno proprietà termiche molto diverse;
- gli scambiatori di calore a fascio tubiero sono utilizzati in molte applicazioni industriali (raffreddamento di macchinari, produzione di energia elettrica, processi di riscaldamento e raffreddamento di fluidi, nell’industria chimica e petrolchimica, nella produzione di alimenti e bevande, e in diversi altri settori);
- gli scambiatori di calore ad aria sono utilizzati soprattutto nei sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell’aria (HVAC), nei sistemi di raffreddamento di motori, nei processi di essiccazione, nei forni industriali e in molti altri settori;
gli scambiatori di calore a fascio di tubi alettati sono utilizzati in applicazioni in cui è necessario scambiare grandi quantità di calore tra fluidi a temperature relativamente basse, come ad esempio in impianti di raffineria, centrali termoelettriche e altre applicazioni industriali ad alta portata.
