Menu

Instal·lació d'energia solar tèrmica

Planta d'energia solar
termoelèctrica

Intercanviador de calor

Intercanviador de calor

En l'enginyeria un intercanviador de calor (o simplement un intercanviador) és un aparell en el qual l' energia tèrmica s'intercanvia entre dos fluids que tenen diferents temperatures.

Des del punt de vista termodinàmic, els intercanviadors de calor poden assimilar-se a sistemes oberts que funcionen sense intercanvi de treball; en altres paraules, intercanvien matèria i calor amb l'exterior, però no intercanvien treballs.

En la indústria de l'energia solar tèrmica l'intercanviador de calor s'utilitza per transferir la calor captat a través de la radiació solar que es troba des fluid que circula pels col·lectors solars a un altre fluid. Aquest altre fluid és el que circularà pel sistema de calefacció o s'emmagatzemarà directament en un acumulador.

Tot i que es fan servir àmpliament en la indústria per controlar la temperatura del procés, en la vida quotidiana es troben molts exemples d'intercanviadors de calor. Alguns exemples d'intercanviadors de calor comuns són el radiador de l'automòbil i l'escalfador per a calefacció domèstica.

Classificació d'intercanviadors de calor

Hi ha diferents criteris de classificació per als intercanviadors de calor basats en diferents característiques.

Classificació per contacte entre corrents

Depenent de la manera de contacte entre els dos corrents, els intercanviadors de calor poden ser:

  • en contacte directe: si les interfícies dels fluids que intercanvien calor estan en contacte directe entre si; Els dos corrents intercanvien energia tèrmica i matèria, és a dir, no estan separades per parets;
  • en contacte indirecte: si els fluids no estan en contacte directe entre si; aquesta possibilitat es presenta, per exemple, en el cas dels intercanviadors de superfície, en els quals els dos fluids estan separats per una superfície que és travessada pel flux de calor.

En la gran majoria dels casos, els cossos freds i calents que circulen dins d'un intercanviador de calor són fluids (és a dir, en líquid, gas o vapor).

Classificació dels intercanviadors de superfície per model de construcció

Depenent de la geometria de l'intercanviador, es pot definir (citant només els casos principals):

Intercanviadors tèrmics tubulars

  • Intercanviador tèrmic de doble tub (o "tubs concèntrics"): els fluids flueixen en dos tubs coaxials, un d'interior (tub o tub) i un altre exterior (anell o camisa).
  • Intercanviador de calor de carcassa i tubs: un dels fluids passa per l'interior dels tubs (generalment amb una secció circular) i l'altre per l'exterior dels tubs, en una càmera especialment dissenyada (carcassa).
  • Intercanviador de calor de trombó (o intercanviador de calor per degoteig): consisteix en un tub de forma helicoïdal o serpentina dins del qual flueix el fluid del procés que es refreda a través d'una pel·lícula d'aigua que degota des de dalt.
  • Intercanviador de calor de superfície rascada: els tubs d'aquests intercanviadors tenen fulles giratòries al seu interior que rebutgen la superfície interna del tub;
  • Intercanviador tèrmic de superfície submergida. Bobina per escalfar o refredar fluids.
  • Tubs dins dels forns: els tubs s'escalfen per irradiació i intercanvien calor amb els corrents que passen a través d'ells.
  • Intercanviador de calor de plaques: els dos fluids solapen els costats oposats d'una làmina en càmeres alternes i aïllades. La geometria d'aquests intercanviadors és similar a la premsa de filtre. Un cas especial és l'intercanviador de roll-bond, en què els canals d'un costat són interns a un full de monobloc, mentre que a l'altre costat hi ha un fluid, generalment estacionari.
  • Intercanviador en espiral: els dos fluids passen als costats oposats d'una làmina, generalment llisos, en càmeres úniques de gran longitud, enrotllades en espiral.
  • Intercanviador de blocs de grafit o un altre material: els corrents circulen en orificis cilíndrics, generalment disposats ortogonalment a les dues bandes; intercanviadors de superfície estesa.
  • Equip encamisat.
  • Tipus regeneratiu: els corrents s'envien alternativament dins d'una càmera de maons inerts (regenerador Cowper), o en particular unitats giratòries en xapa metàl·lica (intercanviador Ljungström).

Intercanviadors de plaques

Classificació per compacitat

La "compacitat" d'un intercanviador de calor està representada per la "densitat d'àrea de superfície" (expressada en m 2 / m 3 ), que és igual a la relació entre l'àrea de la superfície d'intercanvi i el volum de l'intercanviador de calor.

En el cas que l' intercanvi de calor tingui lloc entre un gas i un altre fluït, segons el valor de densitat de l'àrea de superfície, els intercanviadors es divideixen en:

  • Intercanviadors de calor compactes: amb una densitat d'àrea de superfície superior a 700 m2/m3
  • Intercanviadors no compactes: amb una densitat d'àrea de superfície inferior a 700 m2/m3.

En el cas que l'intercanvi tingui lloc entre dos líquids o si està associat amb un canvi de fase, definim:

  • Intercanviadors de calor compactes: amb una densitat d'àrea de superfície superior a 400 m2/m3.
  • Intercanviadors no compactes: amb una densitat d'àrea de superfície inferior a 400 m2/m3.

Classificació d'intercanviadors termodinàmics per tipus de procés

Depenent del procés per al que s'utilitzen, els intercanviadors poden ser, de tipus sensible (només intercanvien calor sensible), refredador (un fluid de procés es refreda a través d'un fluid de servei, escalfador (un fluid de procés és escalfat per un fluid de servei), sobrecalentador, bullidor (es posa a bullir un líquid), evaporador, condensador (1 aeriforme és condensat), captador.

De vegades, el terme "intercanviador" s'usa amb un significat més estret, referint-se al cas específic en què el propòsit de l'equip és l'intercanvi termodinàmic entre dos fluids de procés, es diu "refredador" i "escalfador" quan un dels dos corrents consisteix en un fluid de servei, de manera que el propòsit és refredar o escalfar un fluid de procés.

Classificació per perfil tèrmic

Perfils de temperatura per a l'intercanvi a contracorrent i per a l'intercanvi en el mateix corrent.

La majoria dels processos termodinàmics d' intercanvi de calor no són isotèrmics, és a dir, es produeixen a una temperatura variable. En altres paraules, un cos entra en baixa temperatura i s'escalfa. L'altre ingressa a alta temperatura i es refreda. En els casos més simples, l'intercanvi tèrmic entre els dos fluids pot tenir lloc principalment de tres maneres:

  • Intercanvi en corrent equitativa: els fluids es mouen en camins paral·lels al llarg de la mateixa línia.
  • Intercanvi a contra corrent: els fluids es mouen en camins paral·lels, però en direccions oposades.
  • Intercanvi de corrent creuada: els fluids es mouen per camins ortogonals.

Només en el cas d'intercanvi a contracorrent, la temperatura de sortida del fluid fred pot ser més alta que la temperatura de sortida del fluid calent. En el cas d'intercanvi de corrent equitativa, les temperatures dels dos fluids s'aproximen entre si durant l'encreuament de l'intercanviador de calor i, en teoria, poden aconseguir el mateix valor (igual a la temperatura d'equilibri dels dos fluids) si la superfície d'intercanvi té una àrea infinita: això és òbviament una condició límit, inabastable en la pràctica.

valoración: 3 - votos 1

Última revisió: 13 de febrer de 2019