Schimbatoare de calduraSchimbatoarele de caldura realizeaza transferul de caldura intre doua fluide. Sunt necesare in procesele de incalzire,racire,fierbere,evaporare,condensare, distilare sau recuperare de caldura.Transferul termic se face fie ,prin contactul direct intre fluide,fie prin intermediul unor suprafete metalice care separa cele doua fluide.9.1. Agenti termici.Sunt lichide,vapori sau gaze,prin intermediu carora se realizeaza transferul de caldura.Apa este folosita si pentru incalzire si pentru racire. La incalzire,pana la temperaturi de 80C ,apa circula la presiune atmosferica,iar peste 80C,presiune apei este mai mare decat presiunea atmosferica.Ca agent de racire apa este utilizata pana la temperaturi de racire de minimum 4C.Apa are cost redus,coeficient de transfer de caldura si caldura sfecifica acceptabile si poate fi transportata pe distante mari. Necesita insa instalatii de pompare si formeaza depuneri pe suprafetele metalice. Se recomanda folosirea ei in circuit inchis.Solutiile de saramura,amestecurile apa-alcool si emulsiile apa-glicerina sunt agenti de racire la temperaturi sub 4C.Aerul este utilizat la incalzire si racire in limite relativ mari de temperatura. Este usor de transportat pe distante limitate ,dar are coeficient mic de transfer de caldura specifica redusa.Aburul saturat este purtatorul de caldura uzual in procesele de incalzire,pana la temperaturi de 200C. Coeficientul de transfer de caldura si caldura latenta de vaporizare au valori mari ,nu este inflamabil si nu este toxic. Necesita insa separarea si evacuarea condensului si nu poate fi transportat pe distante mari.Se mai folosesc gaze de ardere ,abur supraincalzit si agenti frigorifici specifici instalatiilor frigorifice(amoniac,freonuri,dioxid de sulf, clorura de metil).9.2 Clasificare schimbatoarelor de caldura Criteriile de clasificare sunt multiple:scop,sistem de lucru, natura agentilor termici, sensul de circulatie a fluidelor,geometria suprafetelor de schimb de caldura, solutia constructiva etc.In functie de solutia constructiva se disting mai multe categorii:-schimbatoare de caldura cu manta;- schimbatoare de caldura cu tevi coaxiale;- schimbatoare de caldura multitubulare;- schimbatoare de caldura cu serpentina;- schimbatoare de caldura cu placi;- schimbatoare de caldura in spirala;- schimbatoare de caldura de constructie speciala.9.3 Solutii constructive de schimbatoare de caldura9.3.1 Schimbatoare de caldura cu mantaSunt vase cu pereti dublii in care produsele lichide sunt incalzite sau racite(fig 9.1). Prin spatiul dintre manta si peretele vasului circula agentl termic (abur saturat sau apa rece), la presiuni care nu depasesc ,de obicei, 5 bar. Transferul de caldura se realizeaza prin conductie si prin convectie.9.3.2 Schimbatoare de caldura cu tevi coaxiale.Sunt construite pentru fluxuri termice mici, fiind realizate prin legarea in serie sau in paralel a unr elemente compuse din doua tevi coaxiale(fig 9.2). Legaturile dintre elemente se fac cu racorduri si cu coturi duble. Cand agentul termic este aburul saturant se impune ca acesta,impreuna cu condensul,sa circule de sus in jos prin spatiile inelare dintre tevi,iar lichidul sa circule prin tevile centrale, de jos in sus.Daca agentul termic este lichid,circulatia se face tot in contracurent,indiferent de sens. Spatiile prin care circula lichidele trebuie sa fie tot timpul pline, realizandu-se circulatia fortata a lichidelor. Transferul de caldura se desfasoara in regim stationar.9.3.3 Schimbatoare de caldura multitubulare Reprezinta categoria cea mai extinsa de schimbatoare de caldura. Contin mai multe tevi 1,fixate la capete,in doua placi perforate 2 (fig. 9.3). intreg ansamblul este introdus in carcasa cilindrica 3. La capete sunt asamblate capacele 4,care delimiteaza doua caamere colectoare. Unul dintre fluide patrunde prin racordul 5 in camera colectoare superioara sau inferioara si circula prin interiorul tevilor.Celalat fluid patrunde prin racordul 6 si circula prin spatiile dintre tevi. Daca agentul termic este aburul saturat ,acesta circula prin spatiul dintre tevi,de sus in jos, impreuna cu condensul. In acest caz pe manta se monteaza un racord de aerisire, pentru evacuarea periodica a gazelor necondensabile.Dispunerea tevilor in placi se face in exagoane concentrice sau in cercuri concentrice (fig. 9.4) . Pe cercul sau exagonul n,numerotat de la teava centrala, se gasesc si tevi de circulatie . Tevile sunt fixate prin placi fie prin mandrinare sau prin sudura. La schimbarorul de caldura cu doua treceri (fig. 9.5) lichidul trece printr-o parte din tevi intr-un sens,iar la celalat capat se intoarce si trece in sens contrar pentru celelalte tevi. Racordurile de admisie si evacuare se fixeaza pe acelasi capac.9.3.4 Schimbatoare de caldura cu serpentina.Aparatele de caldura de caest tip lucreaza la debite mici si sunt folosite pentru incalzire ,racire, condensare sau recuperare de caldura.Schimbatorul de caldura este o serpentina cilindrica introdusa intr-un vas cilindric (fig. 9.6). Prin serpentina circula agentul termic(lichid sau abur saturat) iar prin vas se deplaseaza lichidul ce trebuie incalzit. La racire sau la condensare lichidul sau vaporii ce urmeaza a fi condensati circula prin serpentina. Se folosesc si vase paralelipipedice prevazute cu serpentine interioare plane , orizontale sau verticale(fig. 9.7). Sunt si solutii la care serpentina formata din teava taiata se sudeaza pe peretele exterior al vasului.Incalzirea si recuperarea caldurii provenita de la condensarea aburului saturat sunt procese ce pot fi realizate in schimbatoare de caldura multitubulare combinate cu serpentina (fig. 9.8). Prin tevi si prin serpentina circula doua produse lichide sau doi agenti de caldura , care se incalzezc, primind caldura eliberata de aburul care condenseaza in interiorul vasului. La preincalzirea rapida a lichidelor si mentinerea lor la o temperatura stabilita se utilizeaza schimaboare de caldura cu serpentina in miscare de rotatie si manta (fig. 9.9). Vasul cilindric 1 este prevazut cu mantaua de incalzire 2 si cu arburele tubular 3. Cuplata cu arborele , la ambele capete , se afla serpentina 4. Alimentarea cu produs lichid se face prin racordul 5 iar evacuarea produsului incalzit este facuta prin racordul 6. Turbulentela determinata de serpentina asigura reciclarea unei parti a produsului, prin racordul 7,mareste coeficientul de transfer de caldura , datorata curentilor de convectie fortati si uniformizeaza temperatura in masa produsului. Schimbul de caldura este realizat prin serpentina, prin peretele arborelui tubular si prin peretele care separa vanele de manta.Aburul este introdus prin racordul 8 iar consensul este evacuat,din manta, printr-un racord inferior. Presiunea aburului saturat este de 34 bar iar temperatura de incalzire ajunge foarte rapid pana la 90C.