Scambiatori a piastre come condensatori
Nei processi industriali molto spesso ci si ritrova di fronte alla necessità di impiegare degli scambiatori di calore con funzione di condensazione.
Solitamente per questo tipo di applicazione, si utilizzano degli scambiatori a fascio tubero, con opportuni volumi e dimensionamenti decisamente ingombranti.
Ci sono tutta una serie di interessanti applicazioni, che permettono l’impiego di scambiatori a piastre opportunamente progettati e dimensionati.
Questa tipologia di scambiatore come sempre, permette risparmio di spazio, di fluidi di servizio, di strutture di supporto (sono tipicamente più piccoli, efficienti e leggeri rispetto ai paritetici scambiatori a fascio tubero).
In funzione dei fluidi di processo che si devono condensare, si dovrà effettuare una prima scelta legata alla tipologia di scambiatore a piastre; la discriminante è legata a diversi fattori:
- compatibilità dei fluidi con i materiali delle guarnizioni
- compatibilità dei fluidi con i materiali delle piastre
- compatibilità dei fluidi con i materiali delle saldature (brasature)
- temperatura di design
- pressione di design
E’ evidente che se dovremo condensare dei solventi aggressivi nei confronti degli elastomeri tipici delle guarnizioni degli scambiatori a piastre (gomma fluorurata, epdm, nbr), la nostra attenzione si dovrà rivolgere sicuramente verso scambiatori completamente saldati.
D’altra parte, in caso i fluidi che circolano nello scambiatore stesso, fossero “sporcanti”, potremo analizzare una soluzione con scambiatori semisaldati, con guarnizioni a contatto con il processo imbustate in ptfe.
Un ottimo compromesso viene dagli scambiatori di tipo saldobrasato, compatti, economici, efficienti, presentano il problema del materiale di brasatura. Infatti nel caso si utilizzino i saldobrasati in rame, ci potrebbero essere problemi di compatibilità con il rame (ammine ecc…), in questo caso potremo utilizzare scambiatori saldobrasati in nickel.
Ovviamente i saldobrasati hanno un limite fisico nel loro impiego, infati quando le portate in gioco diventano importanti, con volumi specifici bassi, le dimensioni dei bocchelli non potrebbero più essere sufficienti per contenere le velocità di passaggio, quindi dovremmo in ogni caso rivolgerci a scambiatori di altro tipo (all welded o nuovamente ispezionabili).
Nella gamma degli all welded esistono poi dei modelli che permettono di utilizzare le bocche di ingresso dei gas in maniera “customizzata”, garantendo una ottima efficienza, unita alle condizioni di lavoro ottimali.
E’ possibile altresì modificare il numero di bocchelli in ingresso (raddoppiandoli), in modo da poter far passare maggiori portare di gas, in scambiatori relativamente piccoli.
Il problema classico dei condensatori a piastre è legato alla tipologia e numero di connessioni, che non permettono di avere dei bocchelli dedicati per sfiati o drenaggi, risulta però di facile applicazione una serie di accessori, che ne permettono l’utilizzo senza problemi, come dei piccoli serbatoi di raccolta condensato, con relative connessioni accessorie.
Un altro problema che potrebbe porsi con gli scambiatori a piastre, quando si utiliza un fluido primario criogenico, è la formazione di ghiaccio; con un buon algoritmo di regolazione del sistema di adduzione dell’azoto liquido (fluidocriogenico per eccellenza), si può risolvere egregiamente anche questo problema.
Applicazioni tipicamente affrontabili con scambiatori di calore a piastre sono i “vent condenser” oppure i “blow down“, dove ormai l’applicazione di questa tipologia di scambiatori è sicuramente affermata.
In caso di fluidi corrosivi, si possono utilizzare materiali nobili su scambiatori semisaldati (compatibilmente con le condizioni di processo come dicevamo sopra), tipo hastelloy, titanio, acciai altolegati.
Quando poi le condizioni diventano proibitive, si dovrà passare necessariamente a scambiatori di tipo differente ed a materiali diversi (ad esempio grafite), ma questo diventa un altro argomento.
Queste applicazioni permettono sicuramente un migliore sfruttamento dell’energia di secondo livello impiegata nei relativi processi, infatti la peculiarità degli scambiatori a piastre di permettere incroci di temperature spinti, permette di ottimizzare ed economizzare le portate di fluido di servizio, garantendo al contempo dei sottoraffreddamenti di sicura efficienza, senza diventare delle “gigantesche e pesanti cattedrali”.
Scritto da Valter Biolchi il 30 ottobre 2007
Archiviato in Energia Termica, Scambiatori di calore
Commenti
8 risposte a “Scambiatori a piastre come condensatori”
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Salve,
mi sono imbattuto per caso nel suo interessante blog proprio nel momento in cui ho avuto l’incarico per la costruzione di un condensatore per freon (R407C) del tipo a spirale collegato a un compressore della potenzialità di 7800 BTU/h (temperatura di condensazione 50-51°C) in funzione di riscaldatore di un serbatoio di accumulo di acqua della capacità di 150 lt.
Mi è difficile calcolare la superficie dello scambiatore in quanto l’acqua del serbatoio non è in quiete e la temperatura del freon, ovviamente, varia decrescendo nella spirale.
Interpolando i vari metodi di calcolo mi risulta una superficie pari a 0.65 mq.
Utilizzando un tubo in rame del diametro di 12 mm. risulta quindi una lunghezza di 17 mt.
Potrebbe essere così gentile da indicarmi un metodo di calcolo corretto o comunque verificare la superficie di scambio?
Un grazie anticipato
Onofrio Canini
Buonasera,
servirebbero i valori di temperatura dell’acqua nel serbatoio, ovvero a quale temperatura deve portare il serbatoio da 150 lt, partendo da quale temperatura.
Tra l’altro, potrebbe essere più redditizio, utilizzare un condensatore a piastre esteno, facendo circolare acqua tra il serbatoio ed il condensatore con un piccolo circolatore.
Il calcolo sarebbe più semplice e l’efficienza ne trarrebbe un sicuro vantaggio, mi faccia sapere i dati che le preparo un veloce dimensionamento.
Salve Sig. Biolchi,
la temperatura di partenza è quella dell’acqua di rete, mediamente intorno ai 16°C; la temperatura da raggiungere è quella dell’acqua calda sanitaria(45°C).
Abbiamo già realizzato un prototipo utilizzando uno scambiatore a piastre acqua/freon e un piccolo circolatore (posso anche inviarLe delle foto, se vuole).
La prima prova la abbiamo effettuata spillando e reimmettendo l’acqua direttamente nel serbatoio ma in questo modo non si otteneva la stratificazione dell’acqua e di conseguenza la temperatura in uscita dal serbatoio si abbatteva bruscamente ogni volta che si reintegrava con acqua di rete.
Abbiamo risolto l’inconveniente facendo passare l’aqua in uscita dallo scambiatore a piastre in un ulteriore scambiatore immerso nel serbatoio.
In questo modo abbiamo ottenuto un funzionamento sostanzialmente corretto ma inevitabilmente sono lievitati i costi.
Uno scambiatore (condensatore) acqua/freon direttamente immerso nel serbatoio, per quanto forse meno efficiente, sarebbe senz’altro più economico.
Abbiamo costruito un condensatore a spirale utilizzando un tubo di rame del diametro di 12 mm e ci stiamo avviando alla sperimentazione.
Temo però che il diametro del tubo di rame sia troppo grande.
Cordialmente
Onofrio Canini
Una soluzione potrebbe essere quella di far passare l’alimentazione dell’acqua al serbatoio, direttamente nello scambiatore a piastre, scaldandola prima che entri nel serbatoio.
Vista la bassa potenzialità, per consentire un salto termico corretto, l’alimentazione dovrebbe aggirarsi sui 60/70 kg/h.
Salve, mi sono imbattuta in questo blog mentre cercavo un modo per scaldare un serbatoio d’acqua industriale da temperatura ambiente a 85° madiante caldaia a vapore.Purtroppo sono limitata alla pressione di 1atm e mi risultano velocità molto elevate e diametri dei tubi improponibili…Potrebbe essere così gentile da indicarmi un metodo di calcolo corretto per dimensionare le serpentine di calore nella vasca? Grazie
Buongiorno Angela,
Le soluzioni potrebbero essere almeno un paio.
La prima è quella di utilizzare delle piastre ad immersione tipo T COIL, che sono parecchi compatte, ma comunque risentirebbero del problema del vapore a pressione bassa (ovvero volume specifico alto), anche se in misura inferiore rispetto ai serpentini tradizionali.
La seconda è un po più complicata impiantisticamente, ma è decisamente funzionale:
piccolo scambiatore a piastre saldobrasato, abbinato a circolatore lato acqua (che ricircola sul serbatoio).
Salve
Sto ricercando un modello di scambiatore a piastre saldobrasate per il sottoraffreddamento del gas condensato in uscita dai condensatori di centrali frigorifere a R404A.
Alcuni modelli e marche commerciali presentano careatteristiche insufficienti di tenuta e dopo pochi mesi di utilizzo si verificano peridte.
Potrebbe consigliarmi in materia?
Gent.mo Sig. Stefano,
la metodologia costruttiva degli scambiatori saldobrasati è abbastanza similare, quindi le caratteristiche di resistenza meccanica si assimilano.
Esistono dei modelli saldobrasati che vengono utilizzati per impianti ad alta pressione, che raggiungono i 50 bar, in ogni caso bisogna stare attenti alle pressioni pulsanti.