2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 10:31
Il principio dello scambio termico mediante mezzi di circolazione riscaldati è considerato ottimale per mantenere il funzionamento degli impianti di riscaldamento. Un sistema adeguatamente organizzato di canali di trasferimento dell'energia termica richiede costi di manutenzione minimi, ma allo stesso tempo fornisce prestazioni sufficienti. Un'opzione di progettazione ottimizzata per un tale sistema è uno scambiatore di calore rigenerativo che fornisce processi di riscaldamento e raffreddamento alternativi.
Cos'è uno scambiatore di calore?
Il design dei moderni scambiatori di calore fornisce processi per il trasferimento di energia termica con perdite minime tra i mezzi operativi. Lo scambio più spesso avviene tra un liquido caldo e superfici metalliche fredde, le cui pareti, a loro volta,girare, trasferire il calore su un altro mezzo di circolazione. Il movimento costante fornisce l'effetto di un trasferimento di massa stabile, che viene utilizzato sia nelle imprese industriali che nel servizio domestico delle case private. Oltre allo scambio di energia tra mezzi freddi e caldi, gli scambiatori di calore possono fornire i processi di evaporazione, essiccazione, fusione e condensazione con raffreddamento. Invece del calore come mezzo di lavoro principale, possono essere utilizzati anche flussi freddi, cosa particolarmente comune nei processi di produzione in cui è richiesto il raffreddamento periodico delle apparecchiature. Tuttavia, è più probabile che le attività di riscaldamento siano associate ai progetti di scambiatori di calore. Ad esempio, apparecchiature ad alta temperatura di questo tipo possono aumentare il regime termico fino a 400-700 °C.
Caratteristiche dello scambiatore di calore rigenerativo
I progetti degli scambiatori di calore a livello base sono suddivisi in superficie e miscelazione. In questo caso, stiamo parlando di un rappresentante di un gruppo di dispositivi di superficie, che sono caratterizzati dal fatto che nel processo di lavorazione sono coinvolti due mezzi attivi (flussi riscaldati e freddi) e una parete metallica, che trasferisce energia tra i masse. In uno scambiatore di calore rigenerativo, la piastra metallica di separazione viene lavata a intervalli regolari, ma non continuamente. Per fare un confronto, possiamo fare un esempio di un altro scambiatore di calore superficiale: recuperativo. In tali dispositivi, il processo di lavoro prevede il lavaggio costante di una parete simile a freddo o riscaldatoflussi.
Il principio di funzionamento del dispositivo
La funzione principale dello scambiatore di calore viene svolta al momento del contatto del mezzo di lavoro attivo con una piastra metallica che separa i flussi. Cioè, il principio chiave di funzionamento è l'accumulo di energia da un liquido che attualmente ha una temperatura diversa rispetto alla parete dello scambiatore di calore. In parole povere, nel primo ciclo di funzionamento, i flussi caldi trasmettono e quindi trattengono il calore nell'elemento metallico e nel secondo e ultimo ciclo, l'ambiente già freddo percepisce questo calore. Il principio cumulativo di funzionamento dello scambiatore di calore con una netta separazione in fluidi in base alla temperatura presenta vantaggi significativi. In primo luogo, l'assenza della necessità di mescolare i mezzi di lavoro migliora la qualità della composizione dei flussi. Questo è un fattore importante nel contenuto tecnico e operativo delle comunicazioni. In secondo luogo, aumenta anche l'efficienza del trasferimento di calore in quanto tale. D' altra parte, questi vantaggi sono indissolubilmente adiacenti agli svantaggi del design. La fondamentale separazione dei flussi aumenta le dimensioni delle apparecchiature, costringendo a volte l'estensione di segmenti di tubazioni nelle vecchie reti di riscaldamento di comunicazione. Inoltre, garantire la funzione di circolazione richiede un aumento del potenziale energetico, che si esprime nella necessità di collegare stazioni di pompaggio ad alta capacità.
Refrigeranti usati
I modelli di scambiatori di calore rigenerativi sono versatili in termini di funzionalità per diversiambienti di lavoro. Come con altri scambiatori di calore, il mezzo attivo più comune è un liquido, acqua o antigelo. I refrigeranti utilizzati nelle operazioni tecnologiche in produzione sono più diversi. Per il riscaldamento e il raffreddamento vengono utilizzati vapore acqueo, miscele di gas, fumi e prodotti della combustione. Tuttavia, ciò non significa affatto che lo stesso scambiatore di calore rigenerativo possa supportare il funzionamento con diversi vettori di calore. In linea di principio, il progetto consente tale possibilità teorica, ma ogni istanza deve essere inizialmente progettata per funzionare a contatto con un determinato ambiente aggressivo, poiché sia le alte temperature che il liquido in quanto tale influiscono negativamente sulla struttura metallica.
Tipi di scambiatori di calore rigenerativi
Esistono due tipi di tali unità. Si tratta di dispositivi ad azione continua e periodica. Gli scambiatori di calore continui sono unità con riempimento a circolazione granulare. Il sistema di controllo per il processo di spostamento del mezzo di lavoro consente un arresto completo del movimento, in cui il liquido di raffreddamento manterrà il contatto con la superficie lavata. A proposito, la funzione di un regolatore automatico naturale può essere svolta da speciali ugelli di accumulo termico. Nella progettazione di uno scambiatore di calore rigenerativo con ugelli fissi, le possibilità di controllo dei flussi sono limitate e completamente dipendenti dalle impostazioni impostate dall'operatore. Per quanto riguarda i modelli con azione periodica, essihanno una complicata struttura di distribuzione delle camere con vettori di calore. Un tale dispositivo aumenta l'efficienza dell'apparato, ma richiede anche una funzione di alimentazione più responsabile dalla pompa di circolazione.
Scambiatori di calore a nucleo fusibile
Una delle versioni più avanzate del rigeneratore di scambio termico al momento, il cui imballaggio è formato da piastrine con uno spessore medio di 20 mm. In questo sistema è presente un nucleo di fusione, un dispositivo con all'interno metallo liquido, che rilascia energia termica durante i periodi di fusione o cristallizzazione. Il calore latente negli scambiatori di calore rigenerativi con ugello mobile aumenta di dieci volte la capacità termica del circuito rispetto alle unità convenzionali che creano condizioni favorevoli per i processi di accumulo di calore. Le prestazioni di questo tipo di scambiatore di calore ad alta temperatura saranno determinate dalla superficie specifica dell'imballaggio e dalla sua capacità di accumulo termico.
Ambito di dotazione
Le unità di scambio termico sono ampiamente utilizzate in vari sistemi di apparecchiature di riscaldamento con installazioni di caldaie, scaldabagni, serbatoi di accumulo, caldaie, ecc. Questo vale principalmente per il segmento privato, ma i massimi indicatori tecnici e operativi di questo dispositivo sono divulgato nel settore industriale. Ad esempio, le applicazioni target per uno scambiatore di calore batch rigenerativo sono costituite da impianti di acciaio e vetro, dove è richiesto di lavorare contemperature molto elevate. Ad esempio, i riscaldatori d'aria collegati in tali condizioni operative vengono calcolati per modalità fino a 1300 °C. E ancora, possiamo parlare non solo di mezzi liquidi, ma anche di miscele di gas, il che aumenta i requisiti di sicurezza per il funzionamento di tali unità.
Conclusione
La modifica rigenerativa dello scambiatore di calore è stata sviluppata per ottimizzare una serie di processi termici. Di conseguenza, presso gli stessi stabilimenti industriali oggi è possibile effettuare lavorazioni tecnologiche con consumi minimi di carburante, pur mantenendo un'elevata temperatura di combustione. Ma ciò non significa affatto che il principio di funzionamento di uno scambiatore di calore con funzione cumulativa sia completamente privo di svantaggi. I punti deboli di questa apparecchiatura sono le limitate possibilità di automatizzare il processo di termotecnologia, le grandi dimensioni e il peso dell'apparato, nonché la difficoltà di collegare la struttura alle principali comunicazioni di produzione. Un' altra cosa è che il design del rigeneratore viene costantemente migliorato, come dimostra l'emergere di modelli più avanzati di scambiatori di calore con nucleo fusibile.
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