Calcolo di uno scambiatore di calore
Il calcolo di uno scambiatore di calore è un esercizio piuttosto semplice tutto sommato, in pratica si tratta di applicare una formula matematica con una serie di dati e di coefficienti, che la bibliografia ci rende abbastanza facilmente.
Ovviamente questo se ci limitiamo al calcolo della superficie di scambio necesaria per un certo tipo di lavoro termico.
Per l’effettivo dimensionamento di uno scambiatore di calore intervengono poi una serie di fattori
- tipologia costruttiva
- condizioni limite di progetto
- flussi termici interni
- turbolenze
- ecc…
Questi fattori determinano il dimensionamento vero e proprio dello scambiatore, diventando così la vera e propria essenza della progettazione.
Non voglio in questa sede dilungarmi in un trattato complesso, ma volevo riassumere alcuni concetti fondamentali relativi al calore, alla sua trasmissione ed al dimensionamento basilare di uno scambiatore di calore.
Di seguito alcuni estratti del documento che potete tranquillamente scaricare.
LA TRASMISSIONE DEL CALORE
GENERALITÀ
Allorché si abbiano due corpi a differenti temperature, la temperatura del corpo più caldo diminuisce, mentre la temperatura di quello più freddo aumenta. La progressiva riduzione della differenza di temperatura deve essere ricondotta a uno scambio di energia, scambio che persiste finché esiste la differenza di tem-peratura, ovvero quando si raggiunge l’equilibrio termico. Quando il trasferi-mento di energia avviene solo a causa di una differenza di temperatura e non viene fatto nessun lavoro dalla oppure sulla sostanza, esso è trattato da una scienza che prende il nome di trasmissione del calore. La trasmissione del calo-re è in sostanza energia che viene trasmessa in conseguenza di una differenza(gradiente) di temperatura ∆T. Questo trasferimento di energia viene espresso come quantità di calore q tra-smessa nell’unità di tempo t; è un flusso di calore e prende il nome di flusso ter-mico Q = q/t e si misura in W, dal momento che 1 J/s equivale ad 1 W; Q è per-ciò una potenza termica. Il trasferimento di energia si realizza in tre modi:
• conduzione: quando il trasferimento di calore, prodotto dal gradiente di temperatura, avviene in un corpo solido oppure in un fluido in quiete;
• convezione: si tratta invece del trasferimento di calore che avviene tra una superficie ed un fluido in movimento dotati di temperature diverse;
• irraggiamento: tutte le superfici che si trovano ad una data temperatura emettono energia sotto forma di onde elettromagnetiche. Perciò, in assenza di un mezzo situato tra di esse, il calore tra le due superfici, a diversa temperatura viene trasferito per solo irraggiamento.
Quasi sempre queste forme di trasmissione coesistono.
QUANTITÀ DI CALORE
La quantità di calore, contenuto in un gas liquido, o in un corpo, in genere è:
q = cp• m •∆T
dove si indica con:
• q= la quantità di calore, in J
• cp= la capacità termica massica a pressione costante,in J/(kg •K)
• m= la massa del corpo, in kg∆T= la differenza di temperatura, in K
…………………………………………………….
PROGETTO DELLO SCAMBIATORE
Per progettare uno scambiatore bisogna correlare la quantità di calore trasmesso nell’unità di tempo Q con le temperature di ingresso e di uscita dei due fluidi l’area A della superficie totale richiesta per quel dato scambio termico.
Tramite l’equazione di bilancio energetico di sistemi aperti al fluido caldo (pedice c) e al fluido freddo (pedice f), caratterizzati dalla portata in massa m c ed mf si possono ottenere due di queste espressioni.
L’equazione del bilancio energetico, scritta in termini di flusso termico e tramite le entalpie in uscita ( pedice 2) e in ingresso ( pedice 1) dei due fluidi è:
Q = m ( h2 – h1)
Ricordando che, per un gas perfetto l’entalpia espressa in funzione della temperatura è:
h = c p • T
abbiamo una prima equazione relativa al fluido freddo, ovvero il flusso Q che entra nel fluido freddo, facendone aumentare la temperatura, è:
Q = mf • c pf • ( t f2 – t f1) (1)
essendo c pf la capacità termica massica del fluido freddo.
Ma la sottrazione del flusso termico Q, fa diminuire la temperatura del fluido caldo dal valore di ingresso t c1 al valore di uscita tc 2 e quindi l’equazione per il flusso caldo è:
Q = mc • c pc• ( t c1 – t c 2)
essendo c pc la capacità termica massica del fluido caldo.
Noto il gradiente termico, oppure calcolato in base alle equazioni di bilancio sopra citate, si procede al dimensionamento dell’area A della superficie di scambio, con un’equazione che lega il calore trasmesso nell’unità di tempo Q tra i due
fluidi con l’area A e la differenza media di temperatura ΔTm dei due fluidi.
Q =U ·A ·ΔTm
Il legame tra il flusso termico Q ed il prodotto dell’area A per la differenza media di temperatura è espresso dal coefficiente globale di scambio U, che viene determinato empiricamente.
Calcolo di uno scambiatore di calore
Scritto da Valter Biolchi il 7 dicembre 2007
Archiviato in Energia Termica, Glossary, Scambiatori di calore
Commenti
93 risposte a “Calcolo di uno scambiatore di calore”
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sono una laureanda in ingegneria gestionale impegnata con la progettazione di uno sdc a fascio tubiero.Ho trovato questo sito ben fatto e di facile comprensione. ed anche se nn ho risolto i miei problemi di progettazioneper la mia tesina, mi avete permesso di verificare parte della mia preparazione con gli esempi. peccato che abbiate fissato a priori il coeff. globale di scambio…io devo calcolare proprio quello. arrivederci
gent.ma Marilena,
il coefficiente di scambio è un dato intrinseco nel tipo di scambiatore di calore e nei fluidi che deve trattare.
Mi spiego meglio, nel caso di uno scambiatore a fascio tubiero che scambi acqua/acqua, tipicamente il coefficiente di scambio si aggira intorno a 1000/1200, uno scambiatore di calore a piastre per lo stesso servizio, avrà un coefficiente di scambio pari a 4000/4500 (in alcuni casi anche più spinto).
Ci sono dei valori tipici per le varie tipologie di scambiatore di calore, che si possono trovare in letteratura. Nel caso di scambiatori con know-how proprietario (come nel caso ad esempio dei piastre o degli spirale), questi valori vengono determinati dal progettista dell’apparecchio, in base ai propri calcoli, spesso verificati sul campo.
Sono laureata in chimica Industriale e lavoro come tecnologa di processo presso Isab Energy. Ho bisogno di sapere come posso calcolare la diminuizione di efficenza per sporcamento di uno scambiatore a piastre. Grazie
Gent.ma Francesca,
è piuttosto difficile dare una risposta precisa alla sua domanda, in quanto è difficile valutare lo sporcamento di uno scambiatore a piastre. Lo sporcamento spesso non è generalizzato su tutta la superficie, ma comunque va ad inficiare in primo luogo la portata dei fluidi, riducendo di fatto i coefficienti di scambio. La riduzione della capacità di scambio è legata poi allo strato di sporco che si deposita sulle piastre stesse, che riduce ulteriormente i coefficienti. Bisognerebbe in primo luogo poter valutare la diminuzione di portata causata dall’intasamento dello scambiatore e sioftware di calolo alla mano fare delle interpolazioni e delle verifiche di performance.
Sono un laureando in ingegneria e sto realizzando un lavoro per l’installazione di un impianto solare termico in un centro sportivo. La mia domanda riguarda i serbatoi di accumulo e gli scambiatori. Volevo sapere come posso dimensionarli per il mio impianto per arrivare ad avere una capacità per il serbatoio e per avere una potenza necessaria per lo scambiatore.
Gentile Roberto,
per poter dimensionare il tutto, bisogna partire dalla potenzialità richiesta, basata sul numero di docce e/o servizi da “servire”.
la parte relativa alle valutazioni sulle potenzialità richieste l’ho già realizzata, volevo più precisamente sapere se esistono valori di riferimento per il loro dimensionamento, ad esempio per lo scambiatore una potenza per metro quadro di campo solare installato. Grazie.
Purtroppo non ho valori legati ai pannelli solari.
Posso darle dei valori di coeficiente globale di scambio termico per scambiatori acqua/acqua, con i quali determinare le superfici necessarie a livello di scambio termico.
Salve,
sono uno studente di un ITIS di Termotecnica, e sto trattando i valori del coefficiente “K” (Trasmissione globale) che nel mio caso specifico di una sezione di muratura è K=1/R dove R è la resistenza termica, da questo deriva che minore è il K è migliore è l’isolamento ottenuto giusto? Però mi sembra strano che in una muratura a 3 strati che ho progettato il K mi venga 0,006 (W/K°m^2) circa, poichè ho visto valori totalmente diversi che si aggirano anche intorno al 1000 nelle vostre schede (sarà perchè si considera in particolare il fenomeno convettivo tra 2 fluidi? ES. Acqua-Olio). Vi sarei grato se mi chiariste!
Buongiorno Davide,
il coefficiente è praticamente lo stesso “tipo” di valore.
Solo che negli scambiatori “deve” essere il più alto possibile, per favorire lo scambio termico. Nelle pareti e negli isolanti, si cerca esattamente l’opposto, allo scopo di non far “scappare” il calore o il freddo che si è prodotto all’interno.
Sul Manuale del Termotecnico di Nicola Rossi (ed. Hoepli), puoi trovare una ampia trattazione dedicata all’argomento, con valori tipici di trasmissione del calore.
Grazie per la sua risposta più che esaustiva, ultimamente ho trattato anche uno scambiatore di calore a scopo didattico e ho notato quello che lei dice, tuttavia la mia domanda si riferiva all’ordine di grandezza del valore da me trovato che mi sembrava eccessivamente basso. Ho fatto ricerche su internet e sembra che i “K” siano vicino all’ordine dei decimi (ES: 0,4-0,5 ecc…) mentre io ho il valore 0,0058 che mi sembra troppo basso! Una coibentazione quasi perfetta! Cosa ne pensa?
In effetti è un valore estremamente basso, dai vari manuali si ricavano valori più elevati, ma i materiali di costruzione in campo edile, stanno cambiando rapidamente, cedendo il posto a strutture composite (composte da diversi materiali).
provi a dare un occhio a queso link:
http://groups.google.it/group/it.hobby.fai-da-te/browse_thread/thread/a72b21ff4fe89b6c
La ringrazio, è stato davvero utile. Ma precisamente di cosa vi occupate? Io sono affascinato da questo ramo della fisica-impianti, in particolar modo dai pannelli solari ai fotovoltaici.
Riscaldamento, raffreddamento, termoregolazione, termostatazione, recupero energetico, nei processi produttivi industriali.
Grazie a lei.
Buongiorno,
Sono un ing. meccanico e mi trovo a dovere affrontare il seguente problema: dovrei effettuare la verifica dati di uno scambiatore già progettato da una ditta esterna con un software (HTRI) e stavo cercando di pervenire ai medesimi risultati con metodi “manuali” (foglio excel e pazienza). Mi saprebbe consigliare il metodo più preciso o cmq quello che mi potrebbe permettere di arrivare a risultati identici a quelli di HTRI?
Grazie
Gent.mo Gianni,
HTRI è un ottimo software per calcolare scambiatori di calore.
oltretutto se non erro è possibile impostare geometrie e caratteristiche meccaniche dello scambiatore.
Per arrivare ai medesimi risultati, si tratta di inserire in un foglio di excel una serie di formule, che può trovare qui.
Il difficile è che bisogna inserire dei valori di coefficienti di scambio termico, che non credo HTRI renda visibili sui propri layout.
Egr. Sig. Biolchi, sono perito meccanico, ma da molti anni non utilizzo le nozioni di temodinamica studiate ai tempi della scuola. Ho trovato le sue informazioni molto dettatagliate e semplici da capire.Io dovrei calcolare la dimensione degli attacchi di ingresso e uscita del fluido di scambio, in uno scambiatore di calore acqua-gas a fascio tubiero.Saprebbe indicarmi qualè la formula per riuscire a determinare il diametro?
la ringrazio anticipatamente. distinti saluti.
Buongiorno Daniele,
più che di una formula direi che è importante stabilire la velocità massima alla quale far “viaggiare” i fluidi nelle connessioni.
Nel caso di acqua, si assume normalmente una velocità massima nelle tubazioni inferiore ai 2-2,5 m/sec, velocità oltre la quale si entra in regime di moto turbolento, con problemi di perdite di carico fuori controllo ecc…
Solitamente ci si tiene al di sotto di questi valori, soprattutto considerando i risparmi in energia di pompaggio dovuti alle perdite di carico.
Nel caso specifico di connessioni per uno scambiatore di calore, il discorso è diverso.
Mi spiego meglio facendo un esempio:
negli scambiatori a piastre si accetta senza alcun problema una velocità del fluido (parlo di acqua) fino anche a 6 m/sec, nei bocchelli, in quanto subito a valle, ovvero all’interno dello scambiatore tale valore precipita riportandosi a valori adeguati allo scambio termico, a monte sicuramente ci sarà una riduzione, dal diametro della tubazione al diametro del bocchello.
Sempre negli scambiatori a piastre, nel caso di pacchi piastre con numero di piastre elevato, tali valori aiutano il fluido a distribuirsi al meglio lungo tutto il pacco.
Nel caso degli scambiatori a fascio tubiero, questo concetto è meno esasperato, ma resta comunque valido, faccia attenzione che entrando radialmente nel fascio tubiero dal mantello, l’acqua che sbatte sui tubi a velocità elevata (se contenesse solidi sospesi) potrebbe dare origine a problemi di erosione.
Mi scusi la risposta lunga, ma il quesito merita un po di approfondimento.
Buona giornata
Buongiorno, sono una ragazza scritta in ingegneria meccanica, vorrei chiedervi se gentilmente potreste aiutarmi a realizzare un progetto sullo scambiatore assegnatomi dal Professore, è richiesto l’uso di un software CES(Cambridge Engineering Selector).
Grazie mille.
Buongiorno Marinella,
non conosco il software da lei citato, su questo non riesco quindi ad aiutarla.
Abbiamo dei software proprietari per il calcolo di scambiatori di calore a piastre, oppure posso consigliarle della manualistica, anche se probabilmente ha già dei riferimenti in merito.
Rimango a sua disposizione…buona serata.
Buongiorno
Sono laureando di architettura e sto progettando insieme ai miei colleghi di tesi un impianto di cogenerazione e teleriscaldamento per un quartiere avellinese per 16000 abitanti e circa 2.500.000 di metri cubi con attività miste uffici, commercio, scuole, e attrezzature sportive. Il nostro è un progetto preliminare con stima approssimativa dei costi. Ipotizziamo che le dispersioni termiche degli edifici siano ridotte al minimo. Potreste, per cortesia, indirizzarmi nella giusta direzione o almeno indicarmi l’ordine di grandezza dell’impianto poiche siamo un po impantanati in quanto i valori che ci derivano dai calcoli sono completamente diversi tra loro. Inoltre confrontandoci con gli impianti realizzati o in via di realizzazione ci troviamo con valori diversi.
Nel salutarvi mi voglio complimentare con voi per tutto, per il sito e per la vostra professionalità.
Buongiorno Francesco,
complimenti per il progetto, che direi quanto meno impegnativo.
Una valutazione precisa è piuttosto complicata, ma potrei suggerirle un metodo chiamiamolo per così dire empirico, che però è abbastanza efficace.
Dovendo fare una valutazione delle calorie complessive necessarie, potrebbe partire dal numero di unità abitative, consideri che per legge la potenzialità massima delle caldaie senza necessità di conduzione, deve essere 29.000 Kcal/h, di conseguenza mediamente nelle abitazioni vengono installate caldaiette murali che al massimo raggiungono tale potenzialità.
Stimando il numero di abitazioni che dovreste servire, potreste basarvi su questo semplice dato per avere un ordine di grandezza.
Chiaramente nella realtà il calcolo potrà essere esuberante (causa un certo numero di abitazioni che necessita di minor potenzialità termica), ma a quel punto la potenza in eccesso potrà servire per altre utenze.
In questo calcolo non sto considerando gli utenti “industriali/commerciali”, che hanno un altro tipo di necessità, che però solitamente viene delineata a priori.
Spero di esservi stato di aiuto nel mio piccolo.
ps.: grazie per il complimenti.
Buona sera,
sono un impiantista e devo calcolare il diametro della tubazione che alimenta uno scambiatore di calore con il primario a vapore,volevo sapere quale puo’ essere la giusta velocita’ di attraversamento del fascio tubiero per avere un buon rendimento di scambio???
grazie
Buongiorno Franco,
a questo link, può trovare una tabella relativa alle portate massiche di vapore, alle varie pressioni, correlate al diametro della tubazione.
Immagino che sia questa l’informazione che le serve.
Per lo scambiatore, solitamente quando è alimentato a vapore, funziona a condensazione, ovvero il vapore che arriva al fascio tubiero cede il calore per condensazionen (calore latente), la condensa viene poi scaricata tramite un apposito scaricatore.
A volte si sfrutta anche il sottoraffreddamento delle condense, come calore sensibile.
Spero di essere stato utile.
Buonasera,
sono uno studente laureando e per completare la mia tesi devo dimensionare un boiler a doppio serpentino che consenta la produzione di acqua calda (95°C).
E’ possibile sapere se sono disponibili (e nel caso quali sono) le formule dedicate al dimensionamento di questi boiler?
Io al massimo ho come riferimento la norma uni9182, ma riguarda il calcolo del boiler ad un solo serpentino..
Grazie della cortese attenzione,
Distinti Saluti.
Buongiorno, vorrei sapere se esiste una formula per calcolare precisamente le dispersioni termiche di uno scambiatore di calore a piastre.
Grazie
Buongiorno Andrea,
direi che non esiste una formula dedicata, si possono utilizzare le classiche formule per il calcolo di dispersioni, considerandolo una sorta di recipiente parallelepipedo.
Da calcoli fatti per gli impianti di teleriscaldamento, i valori di dispersione sono praticamente insignificanti.
Spesso la coibentazione ha più una necessità di prevenzione infortuni (scottature, gelo).
Buongiorno,
può utilizzare le formule per il calcolo di scambiatori di calore a fascio tubiero, dove lato mantello avrà un fluido che si muove per convezione e non per circolazione forzata.
provi a guardare se può essere di aiuto
Buongiorno,
vi scrivo sempre per sapere se esiste qualche formula dedicata per il calcolo del boiler a doppio serpentino, considerando che ancora non mi è stato risposto..
il fatto è che dopo la mia domanda c’è stato un altro Andrea che ne ha postata una diversa (vedi sopra)..
Distinti Saluti
oopps, la sua risposta e scivolata dopo un’altra a non se ne capisce il legame…
Buongiorno,
può utilizzare le formule per il calcolo di scambiatori di calore a fascio tubiero, dove lato mantello avrà un fluido che si muove per convezione e non per circolazione forzata.
provi a guardare se può essere di aiuto
Buonasera,
sono stato incaricato di calcolare la potenza di scambio di uno scambiatore di calore acqua/acqua a fascio tubiero in rame, che è inserito in un impianto il cui generatore è un termocamino. Desiderei avere da Lei delle indicazioni pratiche quali una formula oppure della bibliografia che possano mettermi in condizioni di poter calcolare teoricamente la potenza resa all’acqua.
Come riferimento conosco la potenza resa all’acqua dal termocamino, la temperatura di ingresso ed uscita dal termocamino e la quantità dell’acqua.
In attesa la ringrazio e distintamente saluto.
Provi a vedere questo link
Cordiali saluti e buon lavoro.
Buonasera sono un appassionato di pannelli solari termici vorrei sapere per un impianto acqua sanitaria composto da 4 metri di pannelli e un serbatoio da 300 litri da quanti KW deve essere uno scambiatore a piastre.
Buongiorno Bruno,
Bisognerebbe partire dalla scheda tecnica dei pannelli, per capire la produzione in KW degli stessi.
Mi faccia sapere che le do una risposta.
Buona giornata,
Mi scuso sig.Biolchi non avevo visto la risposta e le ho riscritto mi procuro i dati dei pannelli e le faccio sapere.
Buona sera sig. Biolchi mi e’ arrivato il fax coi dati tecnici dei pannelli in inglese perche’ sono prodotti in Grecia. Area assorbente 2,33metri2, Efficenza istantanea assorbitore 0,75. Qa=5,76w(m2k),Capacita’termica effettiva 27,2kj/k, Costante di tempo 62,3s.Il fax non e’ molto leggibile e ho tradotto io mi faccia sapere cortesemente se manca qualche dato.
Buongiorno sig. Biolchi,
potrebbe darmi una indicazione su come procedere per il dimensionamento di una serpentina (in cui scorre olio diatermico) per scaldare una vasca contenente bitume a cielo aperto.
Posso considerare
m(bitume)*cp(bitume)*DT(bitume)/tempo(fissato)=U*A*DTm(le temperature le fisso)
dalla quale ricavo A quindi raggio e lunghezza della serpentina (non considerando che la vasca è a cielo aperto)?
In caso dove posso trovare quanto vale U?
La pompa per far muovere l’olio nella serpentina che portata deve avere per fare in modo che l’olio in uscita non abbia temperatura inferiore a quella da me fissata?
Grazie
Buongiorno Felice,
a livello di coefficiente di scambio può utilizzare un valore
U= 45 Kcal/h∙m²∙°C (si tenga un po di margine)
e’ un valore che utilizziamo per il calcolo di scambiatori ad immersione, per applicazioni similari.
Solitamente sull’olio diatermico si lavora con salti di temperatura dettati dalla caldaia, di conseguenza, con la potenzialità termica da fornire, mediante formula inversa, può trovare la portata di olio adeguata.
Consideri che solitamente i salti termici variano da 20 a 40/50°C (Lato olio)
Salve,
sono uno studente di Ing. Gestionale che sta svolgendo il tirocinio per un azienda produttrice di capsule per il confezionamento di alimenti ecc…
Questa azienda utilizza un termoreattore per bruciare i solventi,per autocombustione,in modo tale da non immettere nell atmosfera sostanze nocive.
Si è pensato di recuperare i fumi dal camino per riscaldare\raffreddare una porzione dello stabilimento.La temperatura all`uscita e all`incirca di 150°C
le portate variano fino ad un massimo di 30000 Nm3/h.Vorrei dunque capire quale sia la migliore soluzione per effettuare tale recupero energetico..essendo
un ragazzo alle prime esperienze sto trovando molte difficoltà in questo studio…ringranzio anticipatamente e infinitamente chiunque di voi mi possa illuminare..
salve,
dovrei progettare un forno a legna trasportabile.
per dimensionare le pareti esterne sto usando le formule della fisica tecnica. però non riesco a sapere e nemmeno a trovare la potenza termica di un forno a legna di spessore 6 cm e diametro 110cm.
lei mi può aiutare?
Buongiorno Simone,
SOno spiacente di non poterla aiutare in questo caso specifico, le auguro buona giornata.
Salve!
Dovrei integrare l’impianto di riscaldamento di una piscina coperta di 175 mc, con una batteria solare di 80 mq di pannelli sottovuoto.
l’acqua della piscina oggi viene riscaldata da una caldaia a metano di 80.000 kcal con scambiatore a fascio tubiero da 120.000 kcal, vorrei sapere se conviene sfruttare lo stesso scambiatore per l’integrazione solare!
la mia esigenza è riscaldare la piscina nei mesi più freddi dove la produzione del primario è a basse temperature, ovvero il mio scambiatore dovrebbe scambiare con i collettori solari anche a temperature basse, ovvero 35°C, al fine di mantenere l’acqua della piscina a 30°C!
capisco bene che il dimensionamento scientifico dello scambiatore è indispensabile, ma visto che la piscina è privata e ci sono pochi denari per effettuare modifiche sostanziali all’impianto di riscaldamento stò cedercando di effettuare modifiche a piccoli passi, per questo nasce l’esigenza di capire se lo scambiatore presente momentaneamente può essere sfruttato anche per l’integrazione solare!
Al fine di prevedere uno scambiatore nuovo, qualè il più efficente per effettuare uno scambio termico a basse temperature? a piastre o a fasci tubieri o altro?
Grazie anticipatamente!
Saluti Geom. Nicolò Granà!
Per scambi con differenze di temperatura molto piccole, è sempre più vantaggioso uno scambiatore a piastre in controcorrente.
Buona giornata
buongiorno sono benvenuto da Aosta sono proprietraio di 1 pizzeria e vorrei canalizzare il calore proveniente dal forno a legna nell’impianto di riscaldamento. cosa ne pensa si puo fare?
Si tratterebbe di installare uno scambiatore a tubi alettati nella canna fumaria.
E’ una modifica da realizzare con attenzione, in quanto bisogna verificare prima dimensioni e tiraggio della stessa, in modo da non comprometterne la funzionalità con l’inserimento dello scambiatore.
sono sempre BENVENUTO…. io pensavo a qualcosa sulla volta del forno non è possibile? secondo lei con la sua soluzione si ottengono risultati che giustifichino la spesa e voi realizzate qualcosa utile al mio caso? magari possiamo approfondire la cosa direttamnete io sarei abb interessato grazie
Buongiorno Benvenuto,
scusi il ritardo, ma è un periodo piuttosto “preso”.
Ci possiamo sentire ai primi di gennaio quando riprenderemo l’attività.
Le auguro nel frattempo buone feste.
Salve,
sono uno studente di Ing. Gestionale che sta svolgendo il tirocinio per un azienda produttrice di capsule per il confezionamento di alimenti ecc…
Questa azienda utilizza un termoreattore per bruciare i solventi,per autocombustione,in modo tale da non immettere nell atmosfera sostanze nocive.
Si è pensato di recuperare i fumi dal camino per riscaldare\raffreddare una porzione dello stabilimento.La temperatura all`uscita e all`incirca di 150°C
le portate variano fino ad un massimo di 30000 Nm3/h.Vorrei dunque capire quale sia la migliore soluzione per effettuare tale recupero energetico..essendo
un ragazzo alle prime esperienze sto trovando molte difficoltà in questo studio…ringranzio anticipatamente e infinitamente chiunque di voi mi possa illuminare..
Buongiorno Marco,
Mi scuso per non aver risposto prima.
L’applicazione può essere interessante, in quanto c’è in gioco una buona quantità di calore.
Solitamente per queste applicazioni, si possono utilizzare scambiatori a tubi alettati, da inserire nel flusso dei fumi caldi. All’interno dei tubi ovviamente passerà l’acqua (o l’olio diatermico), per il riscaldamento.
Il tutto va dimensionato adeguatamente, facendo attenzione alla natura dei fumi, a livello di compatibilità con i materiali dello scambiatore (corrosione ecc…).
L’ideale sarebbe sentire un consulente per verificare la tipologia di realizzazione, in quanto deve essere valutata la quantità di calore che si recupera e la quantità di calore che serve per il riscaldamento.
Cordialmente la saluto,
Valter
buon pomeriggio!
sono uno studente dell ‘industriale,frequento il quinto chimica.mi servirebbero i vari controlli da inserire in uno schema d’impianto di scambiatore di calore.se mi rispondete mi fate un enorme favore,oppure se mi dareste qualche link dove posso trovarli.grazie
Buongiorno Mattia,
mi può dare maggiori dettagli sul tipo di installazione? sarebbe utile capire se lo scambiatore è installato in riscaldamento o raffreddamento e con quale tipo di fluidi.
Le spiego, in caso di riscaldamento a vapore, la strumentazione è diversa rispetto ad un raffreddamento con acqua.
Rimango in attesa di un suo riscontro e le auguro una buona giornata.
salve sono un geometra mi è stata fatta richiesta da parte di un parente pizzaiolo se fosse possibile piazzare sulla testa del forno a legna uno scambiatore di calore per poter riscaldare almeno 1000 l di acqua per uso aziendale visto che che ci sono 2 piani da riscaldare adibiti a sale inoltre collegare al boiler di 1000l un pannello solare ad intergrazione del forno a legna domanda potrebbe essere un lmpianto fattibile che dimensioni potrebbe avera lo scambiatore grazie
Mi sa che mi devo mettere a costruire scambiatori per forni/pizza…
onestamente non ho idee in proposito perchè non ho l’esperienza di applicazioni simili.
sicuramente potrebbe essere interessante recuperare un po di calore dalla volta del forno, si dovrebbe piazzare uno scambiatore a serpentino (tipo quelli dei termocamini), in quella zona.
Per le dimensioni, diciamo che quanto è più grande quanto più calore raccoglie.
Bisogna stare attenti alla circolazione dell’acqua, perchè se troppo bassa potrebbe vaporizzare e mettere tutto in pressione, ci vorrebbero dei ssitemi di sicurezza adeguati ovviamente.
Buongiorno, devo dimensionare uno scambiatore aria aria a correnti incrociate, tubi lisci in alluminio sp.1, velocità dell’aria nei tubi pari a 10m/s. Il valore di 33 kCal/mh°C per il coefficiente k (funzione dei due coefficienti liminari e del rapporto s/landa)è, secondo lei, realistico? Inoltre può consigliarmi un programma di calcolo?
grazie anticipatamente
salve, complimenti per il sito. Ho il seguente problema: devo realizzare il raffreddamento di un motore garantendo una portata di 10 l/s di acqua. Le perdite dello scambiatore ammontano a 2,96 mH2o, se utilizzo dei tubi in acciaio da 2” di diametro per una lunghezza complessiva di 20 m (ho considerato anche le lunghezze equivalenti per raccordi,valvole, etc.) e considerando che il dislivello è di 4 m ce la faccio a garantire la portata? l’alimentazione è di 13,9 l/s alla pressione di 1,3 bar. grazie
Buongiorno,
non ho esperienza su recuperi o su scambiatori aria aria, per darle consigli attendibili.
Sono apparecchi abbastanza particolari, spesso customizzati.
Mi dispiace di non poterla aiutare.
Buongiorno Simona,
onestamente mi pare un po tirato a livello di perdite di carico.
provi a guardare il calcolo che allego e veda se le torna.
Gentile Sig.Valter Biolchi, avendo visto la cortesia e la competenza con cui ha risposto a numerose domande sugli scambiatori di calore in campi diversificati, Le sottopongo il mio quesito.
PREMESSA:sto verificando la possibilità di ridurre il consumo di metano del mio impianto di riscaldamento (caldaia modulante a condensazione 35 kW, impianto a radiatori molto surdimensionati come superficie:Tcaldaia mandata invernale max=65 C, Tcaldaia mandada autunno/primavera=45-50 C; regolazione temperatura su due livelli indipendenti:temperatura scorrevole di mandata caldaia in funzione della T esterna, regolazione della temperatura dei locali in cinque zone climatiche indipendenti tramite termostati di zona e valvole a due vie ON/OFF: la caldaia si arresta per raggiunta temperatura quando nessuna zona richiede calore).
Sto analizando la possibilita’ di INTEGRARE IL RISCALDAMENTO , in primavera e autunno, con pannelli SOLARI TERMICI.
Tutte le soluzioni che mi sono state proposte sono sostanziamente basate su due presupposti:
1)l’utilizzo di serbatoi di accumulo dotati di una serpentina di scambio termico in connessione con i pannelli, una serpentina in connessione con la caldaia per integrazione di calore all’accumulatore, una serpentina per la produzione di ACS
2) l’accumulatore, per cio’ che che riguarda l’integrazione del riscaldamento, è poi in tutte le soluzioni collegato al RITORNO della caldaia a condensazione (il che mi sembra un non senso ai fini della condensazione e quindi del rendimento di caldaia)
Nessuna soluzione prevede l’utilizzo di scambiatori a piastre per la separazione del circuito solare dall accumulatore: si rinuncia così ad un migliore sfruttamento del calore disponibile a bassi dT.
Tutti gli scambi termici son affidati a serpentini posti all interno dell accumulatore termico
SOLUZIONE altrenativa PROPOSTA
Poichè lo SCHEMA DI PROCESSO sopra descritto non mi sembra ottimale propongo in alternativa, ai fini di un maggior recupero di calore, lo schema seguente:
1) SCAMBIATORE A PIASTRE, (ottimizzato al meglio: controcorrente,tipi di piastre,superficie, ecc), di separazione del circuito termico solare (acqua e glicol) con l’accumulatore termico di calore ovvero il circuito termico caldaia (acqua). L obiettivo dovrebbe essere il massimo recupero di energia: fino all ultimo KW/ora disponibile lato solare sfruttando anche dT ridotti (mi rendo conto che in questo entra anche il dimensionamento complessivo dell’accumulatore termico: mi sia consentito al momento di sorvolare).
2)L’accumulatore di calore (ora non piu’ acumulatore / scambiatore) viene messo in collegamento diretto con il collettore di MANDATA della caldaia fin tanto che la temperatura dell accumulatore medesimo (parte alta) è superiore o eguale a quella scorrevole di mandata comunque prevista dalla caldaia istante per istante. La caldaia è esclusa dal processo (ma non dal sistema di controllo) e resta inattiva (mantiene al suo interno la temperatura scorrevole prevista).Il cotrollo di temperatura ambientale è in tal caso interamente demadato ai termostati di zona. Il ritorno dell’insieme dei radiatori è inviato alla parte bassa dell’ accumulatore di calore anzichè al collettore di ritorno caldaia.
3)Quando la temperatura dell accumulatore scendesse al disotto della temperatura scorrevole di caldaia, al momento richiesta, il flusso proveniente dall accumulatore viene deviato al collettore di RITORNO della caldaia; la caldaia integra i kW/ora necessari per mantenere la temeperatura scorrevole richiesta momento per momento dalle condizioni climatiche
4)Quando la temperatura della parte alta dell accumulatore di calore fosse scesa al di sotto della temperatura di ritorno dell impianto di riscaldamento l accumulatore di calore viene escluso dal circuito di integrazione riscaldamento (arresto pompa/e) e la caldaia funziona in totale assenza di integrazione solare. L accumulatore rimane collegato solo allo scambiatora a piastre che a sua volta è attivo solo in caso di sufficiente diferenza di temperatura tra pannelli ed accumulatore (parte bassa).
5)Per quanto riguarda l’ACS il problema mi sembra facilmente risolvibile nell accumulatore solare con uno specifico serpentino di preriscaldo dell acqua di acquedotto da immettere in un boiler ACS separato (attualmente esistente) già dotato di un proprio collegamento termico e di controllo con la caldaia.
OSSERVAZIONI
Sicuramente lo schema da me proposto richiede qualche complicazione impiantistica rispetto a quelli standard, complicazione che non mi sembra eccessiva (concettualmente solo due valvole a tre vie con funzionamento a fine corsa ed ovviamente qualche pompa aggiuntiva, di adeguata prevalenza per quanto riguarda lo scambiatore a piastre). Il problema reale penso sia invece il reperimento fisico del sistema di controllo, escludendo (per il costo) sistemi di regolazione industriali: occorre rimanere nell ambito dei sistemi di regolazione civili.
DOMANDA
Se lo schema di processo proposto le sembra valido, uno scambiatore a piatre consente efettivamente un miglior sfruttamento del calore disponibile ai fini dell integrazione del riscaldamento rispetto ai sistemi tradizionali basati su accumulo/serpentini interni di scambio?
La domanda in definitiva riguarda una scelta progettuale di base che privilegia l’utilizzo di uno scabiatore a piastre per la sua maggiore efficienza ed una maggiore attenzione processo ed al sistema di controllo.
Mi è chiaro che per il reale dimensionamento dello scambiatore e della pompa lato primario servono almeno i dati di progetto dei panelli e del relativo circuito.
Se ha avuto la pazienza di seguirmi fino qui la ringrazio e rimango in attesa di un suo parere.
Cordiali saluti.
Claudio Mazzoli
Gent.mo Sig. Mazzoli,
le chiedo di pazientare, perchè voglio leggere con attenzione la sua richiesta, in modo da darle una risposta esauriente.
Grazie
Gent.Sig.Biolchi
apprezzo molto la sua risposta e volentieri attenderò il tempo a Lei necessario.
Se fosse ancora così gentile da fornirmi un suo indirizzo E-mail Le potrei spedire uno schema di processo (PDF) che realizza la funzionalità che ho descritto nel mio precedente messaggio.
Cordiali saluti
Claudio Mazzoli
Buongiorno Claudio,
le ho trasmesso una risposta via email, relativametne algi schemi che mi ha inviato.
Buona giornata,
Buon pomeriggio sign. Valte, vorrei sapere a che ordine di lunhezza può arrivare uno scambiatore di calore a tubi concentrici che sviluppa q=252(Kw) e dove k*A=6.2(W/K)….grazie
Buongiorno Sig. Enzo,
le serve capire quali sono i limiti costruttivi di questa tipologia di scambiatori?
solitamente li ho visti con lunghezze di 3-4 metri, ma dipende da tanti fattori.
Buon giorno,
Vorrei sapere se è possibile risalire ad una scheda tecnica di uno scambiatore che dovrebbe risalire agli anni 1995 utilizzato in una sottostazione di teleriscaldamento.
Grazie
le ho inviato una email al riguardo.
Buona giornata
cortese Valter Biolchi,
Mi scuso ma l’indirizzo email a cui ha mandato l’email era errato …
ok aggiornata l’email.
Buonasera,
Buongiorno
lavoro in un azienda che produce forni industriali e vorrei adottare delle soluzioni per il risparmio energetico per i nostri prodotti.
Ho pensato di mettere uno scambiatore sul camino in modo da preriscaldare l’aria in ingresso ai bruciatori.
Vorrei sapere se esistono aziende che fanno scambiatori che sopportino temperature di 800-1000gradi.
Inoltre non ho nessun software che potrebbe aiutarmi nel dimensionamento e non trovo delle tabelle esaurienti dei coefficienti che mi servono.
Lei mi potrebbe cortesemente aiutare?
Grazie in anticipo
David Gatti
Buongiorno Sig. Gatti,
esistono scambiatori di recupero per i fumi, che arrivano anche alle temperature da lei indicate.
Dipende molto dalle portate, consideri che hanno costi piuttosto elevati, ma sono fattibili, bisogna di volta in volta valutarne la economicità e convenienza di applicazione.
Buon lavoro
Salve,
complimenti innanzitutto per l’impegno e la costanza dedicati!
Mi si presenta il problema seguente:
una quantità oraria di acqua pari a 2736 kg/h che si trova alla temperatura di 15 °C deve essere riscaldata fino alla temperatura di 40 ° C; a tale scopo viene utilizzato uno scambiatore di calore a fascio tubiero in controcorrente con tubi di rame, utilizzando come fluido riscaldante una quantità di olio pari a 15000 kg/h che fa ingresso nello scambiatore alla temperatura di 110 °C.
La velocità media dell’acqua all’interno dei tubi del fascio è di 0,5 m/sec ed il coefficiente di scambio termico convettivo all’esterno del fascio tubiero è di 560 W/m2K.
Tenuto conto che il coefficiente di scambio conduttivo dei tubi è 372 W/mK e che ognuno di essi ha diamentro interno ed esterno, rispettivamente, di 8 mm e 10 mm, si vuole determinare:
- il numero dei tubi;
- la lunghezza media dei tubi;
- la superficie di scambio termico.
Nel calcolo del coeff. globale di scambio sono noti che valore di coefficiente di scambio termico convettivo all’interno del fascio tubiero posso utilizzare? Il manuale di N.Rossi riporta una ampia escursione (100-1000) a proposito.
Essendo che la superficie globale di scambio termico, facilmente determinabile, si può scrivere come S=π*d*numero_tubi*lungh.*numero_passaggi, come determino al tempo stesso lunghezza e numero dei tubi?
Il dato relativo alla velocità dell’acqua come lo posso sfruttare? Possibilmente solo attraverso la continuità della massa, ma per andare a parare dove?
Grazie a priori per la pazienza e l’aiuto.
buon pomeriggio,
sono laureando in ing. energetica e dovrei realizzare uno scambio termico aria / olio (fluido caldo: aria, fluido freddo: olio).
Saprebbe indicarmi la tipologia di scambiatore che dovrei utilizzare e un range di valori per il coefficiente di scambio termico?
Inoltre potrebbe indicarmi dei riferimenti dove trovare queste informazioni?
La ringrazio cordialmente.
Buonasera Rocco,
per queste applicazioni sono tipici gli scambiatori alettati, ovvero scambiatori tipo aerotermi.
A livello di coefficienti, se mi da qualche dato in più, posso provare a darle maggiori informazioni.
Cordialità.
Buonasera Salvo,
con l’olio bisogna fare molta attenzione, perchè entrano in gioco fattori di dimensionamento “delicati”.
Infatti se si viaggia a velocità basse si rischia di entrare in moto laminare, ottenendo uno scambio termico poco efficiente.
Il manuale di Rossi, rimane dalla parte della ragione, in quanto in effetti dipende molto anche dal tipo di olio e dalla sua viscosità, che influenza parecchio velocità, perdite di carico e di conseguenza il coefficiente di scambio.
se mi da qualche dato sul tipo di olio, provo a fare un dimensionamento e le so dire qualche cosa di più.
Buona sera,
Gentile Valter Biolchi,
dovrei raffreddare dell’aria (in condizioni ambientali in aspirazione) in uscita da un compressore (interefrigerazione) per realizzare un accumulo di energia termica da riutilizzare in un secondo momento (per questo l’impiego dell’olio od anche una miscela di sali fusi (da definire)). La T dell’olio in ingresso allo scambiatore dovrebbe aggirarsi sui 120 °C. La T dell’aria in ingresso al medesimo è sui 474 °C ed ipotizzando una efficienza epsilon = 0.75 dello scambiatore dovrei avere una T in uscita dell’aria di 210 °C circa.
Spero di averle dato qualche dato di processo utile per la indicazione della configurazione migliore.
La ringrazio vivamente.
vorrei saper se nel calcolo x un progetto dove è necessario portare dell’olio diatermico da una temperatura di 200° ad una temperatura di 20° in due ore, viene usata la formula tradizionale , oppure bisogna tenere conto che man mano che la temperatura dell’olio diatermico si abbassa la resa diminuisce e quindi è necessario aumentare la potenza del frigo e dello scambiatore tenendo conto di questo, se è così c’è qualche formula specifica per determinare la potenza necessaria
Buongiorno Gianni,
il calcolo della potenzialità termica complessiva non cambia.
massa * differenza di temperatura * calore specifico / numero di ore.
Quindi la potenza “media” del chiller o del cooler rimane inalterata.
Cambia il modo di calcolare l’eventuale scambiatore, che con Dtml alti ha una resa e con Dtml bassi ne ha un’altra (ben minore).
Esistono pratica e teoria, personalmente (in pratica) quando calcolo uno scambiatore per un batch, assumo le condizioni più “impegnative”, ma è un parere personale ed una scuola di pensiero.
Sarei interessato a ricevere della documentazione tecnica cartacea sugli scambiatori di calore.
Grazie
Marcello Tirrito
salve,
sono uno studente di ing. meccanica,volevo sapere come si fa a trovare la minima differenza di temperatura tra fluido caldo e fluido freddo in uno scambiatore di calore sia nel caso equicorrente che in quello controcorrente!!
grazie mille!!!
Salve,sono un installatore di impianti elettrici e idraulici,devo dimensionare uno scambiatore per acqua sanitaria in modo da ottenere 8 litri di acqua al minuto alla temperatura di 40 °.Che tipo di scambiatore (in termini di grandezza) dovrei installare avendo un ingresso nel primario di 70°?
Grazie anticipatamente ,distinti saluti.
Buongiorno,
FOrse intende la differenza media logaritmica?
Buongiorno,
può utilizzare un piccolo scambiatore a piastre saldobrasato, tipo quelli che ci sono nelle caldaie murali per produzione acqua sanitaria.
Se mi manda qualche dato ulteriore le faccio avere un dimensionamento.
Buona giornata.
buonasera,
non riesco a trovare valori per il coefficiente U di scambiatori aerotermi (aria/olio).
Saprebbe darmi qualche riferimento di manuale o dei range di valori per il coefficiente di scambio termico?
La ringrazio.
Buonasera Rocco,
ha provato con il manuale del termotecnico di N. Rossi?
Ho trovato valori indicativi intorno a 10-12 W/m2 K.
li prenda con beneficio di inventario, anche perchè dipende da molteplici fattori.
Buonasera,
Sono un ing. meccanico e devo determinare il numero di piastre necessarie per uno scambiatore in controcorrente. Nello specifico devo raffreddare attraverso acqua di pozzo un liquido. Dalla lettura del vostro file in pdf, che mi è stato di grande aiuto, mi sorge una sola domanda:
L’Area totale di scambio da inserire nel calcolo di Q è data da n(2xAp) o solamente da nxAp (dove Ap e l’area della singola piastra ed n la mia incognita).
Inoltre le volevo chiedere, se gentilmente mi può dire se esistono programmi di calcolo o semplici foglio in excel per una determinazione più rapida. So che si tratta di poche formule ma mi interessava diagrammare i risultati facendo variare le portate dei due fluidi e il numero di piastre.
In attesa di una risposta cordiali saluti
Pasquale
le ho mandato una email
cordiali saluti,
Buonasera signor Biolchi.complimenti per il suo blog.
Vorrei dimensionare uno scambiatore composto da due tubi concentrici. Quello interno, in acciaio è del diametro di circa 300mm e contiene acqua glicolata al 25%. Quello esterno acqua proveniente da un canale idroelettrico. L’applicazione è per una pompa di calore geotermica. Mi potrebbe consigliare un valore del coefficiente di scambio termico U ed un modo per determinarlo in maniera esatta?
La ringrazio cortesemente per l’attezione.
Cordiali saluti.
Buongiorno Sig. Laini,
il valore del coefficiente di scambio dipende molto da diversi fattori, tra i quali ad esempio le velocità dei flussi.
In ogni caso consideri che per scambiatori a fascio tubiero acqua/acqua si utilizza un valore intorno al 1000.
Nel suo caso personalmente terrei un valore più basso, visto che si tratta sostanzialmente di uno scambiatore “tubo in tubo”.
Un cordiale saluto.
Salve Sig.Biolchi sono una studentessa di ingegneria e ho un problema di impianti chimici da sottoporle:
progettare un sistema di raffreddamento per un reattore liquido-liquido a funzionamento continuo in cui avviene una reazione esotermica.Si tratta di un reattore agitato di volume 30 m3 con un grado di riempimento del 70%.Il reattore contiene olio leggero.la reazione avviene a temperatura costante (60 C)e la potenza termica sviluppata e’ 500 kW.come fluido refrigerante devo utilizzare acqua industriale e le perdite di carico non possono superare 0.6 atm….
Ho proceduto nel seguente modo:
ho tentato di fare il recipiente incamiciato,ma ho subito dopo scartato l’ipotesi dato che la superficie di scambio da me stimata utilizzando un Ud=200 W/m2*K
era superiore a quella max fornita dalla camicia.Sono passata cosi’ al serpentino..in tal caso ho scelto un Ud dalle tabelle pari a 300 W/m2*k.Facendo tutti i calcoli ho ottenuto un Ud pari a 600 w/m2K.Come e’ possibile tale discrepanza di risulatati?era errata la mia ipotesi iniziale su Ud?e poi nel caso del serpentino a che pro fare tale ipotesi,se una volta fissato il diamentro del serpentino stesso,posso direttamente calcolarmi il coeff globale di scambio termico?grazie in anticipo.Debora
Buongiorno Sig.Biolchi,
sono una studentessa univeristaria e mi trovo a scegliere uno scambiatore (ero portata a uno scambiatore a piastre) per un progetto di teleriscaldamento. Il mio impianto è caratterizzato dalle seguenti caratteristiche:
Potenza termica da trasmettere 38 kW
Temp acqua in ingresso 60°C
Temp acqua in uscita 80°C
fluidi acqua-acqua
portata 0,343 kg/s
sarei interessata a conoscere il costo(per un analisi economica) di uno scambaitore che rispetti le seguenti caratteristiche.
La ringrazio anticipatamente cogliendo l’occasione per congratularmi con lei per il suo blog.
Cordiali saluti
Gentile Sig. Biolchi,
dovendo ipoteticamente ottenere una certa portata di metano liquido per mezzo di uno scambiatore a serpentina immerso in azoto liquido, come posso dimensionare la serpentina stessa sapendo che è attraversata da metano gassoso (T=20°C; p=1,5bar). Grazie
Cordiali saluti
Buongiorno Debora,
per poterle dare una mano, avrei bisogno di maggiori informazioni.
In ogni caso solitamente si parte dalla massime superficie disponibile e si verifica che potenza termica si riesce ad ottenere, assumendo il valore di trasmissione globale, che rimane fisso.
A quel punto ci si regola con le temperature.
Mi faccia sapere.
Buonasera Chiara,
lo scambiatore a piastre è l’ideale per il teleriscaldamento.
se mi invia i dati del secondario le sottopongo qualche valutazione.
cordialmente…
Buonasera Sig. Giordano,
deve considerare il serpentino come un condensatore, dimensionandolo di conseguenza.
attenzione alle velocità, altrimenti si porta via il condensato.
Le conviene forse considerare più tubi in parallelo, che convogliano in un serbatoietto di raccolta condensato.