Tale coefficiente, viene utilizzato per il corretto dimensionamento degli scambiatori di calore.

Come più volte sottolineato, il coefficiente globale di scambio termico, non è sempre uguale, ma cambia in funzione di:

• tipi di fluidi interessanti allo scambio termico
• tipo di scambiatore
• velocità dei fluidi all’interno dello scambiatore
• regime di turbolenza/linearità del moto dei fluidi

Possiamo affermare senza tema di smentita, che è un valore intrinseco al progetto dello scambiatore, che assume rilevante importanza nel corretto dimensionamento delle apparecchiature stesse.

Di seguito trovate una tabella riportante alcuni dei valori tipici di scambio termico, per i più comuni casi che si presentano nella normale pratica.

Typical Heat Transfer Coefficients

E’ interessante conoscere la resistenza alla corrosione dei materiali. Infatti siamo spesso convinti che l’acciaio inox sia inattaccabile…è inossidabile…già inossidabile ma non in assoluto.

Infatti nonostante la sua elevata reesistenza alla corrosione ed all’ossidazione, ovvero all’azione ossidante dell’ossigeno, che non lo fa arrugginire, ci sono delle particelle che lo attaccano senza problemi, soprattutto in condizioni di concentrazione e di temperatura elevate.

Sto parlando dei cloruri.

Ovviamente nelle applicazioni “standard” il problema non si pone, ma se ad esempio cominciamo a parlare di acqua di una piscina, dobbiamo fare attenzione, infatti l’acqua della piscina viene trattata per essere igienizzata con cloruri (candeggina, ipoclorito, che dir si voglia).

La concentrazione di questi cloruri, quando supera i 300 ppm (parti per milione), diventa aggressiva nei confronti dell’acciaio inox. Considerando che lo spessore delle piastre di uno scambiatore di calore a piastre varia da 0,5 a 0,6 mm (o meno), possiamo capire quanto il richio di corrosione/foratura/vaiolature/pitting, possa essere reale.

In questi casi si deve passare a materiali più nobili:

• acciai altolegati
• titanio
• hastelloy

ovviamente in ordine di resistenza ai cloruri…alla fine rimane la grafite oppure le materie plastiche, ma qui stiamo parlando già di altre tipologie di scambiatori di calore.

E’ interessante conoscere la resistenza alla corrosione dei materiali. Infatti siamo spesso convinti che l’acciaio inox sia inattaccabile…è inossidabile…già inossidabile ma non in assoluto.

Infatti nonostante la sua elevata reesistenza alla corrosione ed all’ossidazione, ovvero all’azione ossidante dell’ossigeno, che non lo fa arrugginire, ci sono delle particelle che lo attaccano senza problemi, soprattutto in condizioni di concentrazione e di temperatura elevate.

Sto parlando dei cloruri.

Ovviamente nelle applicazioni “standard” il problema non si pone, ma se ad esempio cominciamo a parlare di acqua di una piscina, dobbiamo fare attenzione, infatti l’acqua della piscina viene trattata per essere igienizzata con cloruri (candeggina, ipoclorito, che dir si voglia).

La concentrazione di questi cloruri, quando supera i 300 ppm (parti per milione), diventa aggressiva nei confronti dell’acciaio inox. Considerando che lo spessore delle piastre di uno scambiatore di calore a piastre varia da 0,5 a 0,6 mm (o meno), possiamo capire quanto il richio di corrosione/foratura/vaiolature/pitting, possa essere reale.

In questi casi si deve passare a materiali più nobili:

• acciai altolegati
• titanio
• hastelloy

ovviamente in ordine di resistenza ai cloruri…alla fine rimane la grafite oppure le materie plastiche, ma qui stiamo parlando già di altre tipologie di scambiatori di calore.

Design compatto
Lo scambiatore di calore a piastre è il più compatto e leggero attualmente sul mercato, perchè:

• hanno solitamente un coefficiente di scambio termico tre volte più alto di uno scambiatore a fascio tubiero;
• in ogni caso quando le perdite di carico lo permettono il valore del coefficiente di scambio è il più alto
• la superficie di scambio richiesta è quindi da 1/3 a 1/5 più piccola di quella di uno scambiatore a fascio tubiero tradizionale;
• il particolare disegno costruttivo delle piastre corrugate, consente di utilizzare spessori molto ridotti (0,4…0,8 mmm);
• non si adottano sovraspessori di corrosione, si adotta il materiale resistente alla corrosione;
• non sono necessari spazi contigui per la manutenzione.

Manutenzione semplificata
Uno scambiatore a piastre può essere aperto e richiuso con facilità e l’accesso agli elementi del pacco di scambio per esigenze di manutenzione o sostituzione di parti danneggiate è molto rapida; solitamente l’operazione viene effettuata da una sola persona.
In un’unità a singolo passaggio (ovvero con tutti gli attacchi sul piastrone frontale), lo scambiatore viene aperto senza interferire con nessuna delle connessioni. Eventuali modifiche della capacità termica si effettuano mediante aumento o diminuzione del numero di piastre.
Tutte queste procedure sono impossibili in uno scambiatore a fascio tubiero tradizionale.

Ridotte differenze di temperatura
Gli scambiatori di calore a piastre possono lavorare con incroci di temperatura molto spinti e ed a parità di duty termica avere meno fluido all’interno, consentendo quindi un risparmio in termini di costi di esercizio, e minore inerzia termica
È possibile ottenere scambi termici con “delta t medi logaritmici” di solo 1°C.

Ridotto sporcamento
Grazie all’elevata turbolenza, al flusso uniforme del fluido e alla superficie liscia delle piastre lo sporcamento è molto ridotto. Solitamente gli scambiatori di calore a piastre vengono sovradimensionati di circa il 10% per compensare gli effetti dello sporcamento.

Materiali
Il grande vantaggio degli scambiatori a piastre è che, nonostante siano fatti con materiali costosi, hanno comunque un prezzo concorrenziale grazie alla loro alta efficienza e al ridotto spessore delle piastre. Si può quindi dire che, quanto più il materiale con cui sono fabbricati è pregiato, tanto più sono competitivi sul mercato.

]]> http://www.tempcoblog.it/699/che-vantaggi-offre-lo-scambiatore-a-piastre/feed/ 0 Scambiatore a piastre http://www.tempcoblog.it/701/la-corrosione-dei-metalli-nei-terreni-articoli-su-infoimpiantiit/ http://www.tempcoblog.it/701/la-corrosione-dei-metalli-nei-terreni-articoli-su-infoimpiantiit/#comments Fri, 30 Jan 2009 22:34:20 +0000 Valter Biolchi http://www.tempcoblog.it/?p=701 La corrosione dei metalli – Articoli su InfoImpianti.it.

Molto spesso mi vengono richiesti quali siano i valori tipici dell’acqua circolante in questi impianti di raffreddamento. Di seguito ho pensato di riportare alcune informazioni di carattere comune.

Considerate che in ogni caso è consigliabile procedere ad un’analisi chimica dell’acqua per poter fare una valutazione corretta del tipo di trattamento, in ogni caso quello che segue, può avere una sua utilità come linea guida.

I parametri di interesse, con i quali si può operare tranquillamente con un semplice trattamento chimico antincrostante e biocida,  a due cicli di concentrazione sono i seguenti:

• Durezza:         10÷35 °F
• Alcalinità:        100÷350 ppm
• Cloruri:            10÷500 ppm
• Ferro:                < 0,3 ppm
• Conducibilità:     < 1.000 microSiemens
• PH:                    6,8÷8

Considerazioni importanti:
- Se la durezza supera i 35°F, è consigliabile addolcire l’acqua, oppure operare con un condizionante adeguato prestando molta attenzione allo spurgo, ed ai cicli di concentrazione, che il condizionante può supportare.
- Se i cloruri superano i 600÷700 ppm, occorre prestare attenzione, in quanto siamo in presenza di acque salmastre o acque di pozzo vicine al mare, problemi di corrosione sono prevalenti, occorre studiare un trattamento adeguato, forti anticorrosivi, attenzione ai materiali di costruzione utilizzati, l’eventuale installazione di osmosi per l’abbattimento dei sali.
- Quando la conducibilità è oltre i 1000÷1500, siamo in presenza di acqua con contenuto di sali molto alti, questo determina un attenzione particolare per il trattamento, valutando quale dei sali presenti porta in alto la conducibilità,(solfati compresi).
- Un valore del ferro superiore ai 0,3 ppm, richiede attenzione, se poi è ancora superiore si può pensare ad un deferrizzatore.
- Un valore del PH al di fuori dei parametri scritti, porta a fare preventive valutazioni, in quanto siamo in presenza di un acqua molto probabilmente inquinata. Nella gestione del trattamento va fatto attenzione al valore del PH, quando siamo in presenza di macchine zincate (condensatori), non superare 9÷9,2.

Come detto sopra, chiamateci per un esame più attento.

In rete si trovano ormai tutte le informazioni che necessitano per queste selezioni, nel nostro sito web, abbiamo una sezione dedicata a questi datasheet, in costante aggiornamento.

La tabella che utilizzo più spesso alla fine è quella che riporto qui sotto.

Non è certamente la più completa, ma per il lavoro di tutti i giorni, riporta i casi più ripetitivi e significativi.

tabella compatibilità

A seconda del settore di applicazione, si utilizzano differenti tipologie di olii lubrificanti o idraulici.

Il problema è quello relativo alle proprietà fisiche, che sono determinanti per il corretto dimensionamento degli scambiatori di calore che dovranno operare con questo olii.

Se per quel che riguarda calore specifico, peso specifico e conducibilità termica, i valori sono mediamente similari, un discorso diverso merita la viscosità.

La viscosità dell’olio infatti influenza in maniera direttamente proporzionale il dimensionamento dello scambiatore di calore, in quanto maggiore è la viscosità, maggiore sarà la perdita di carico che lo interesserà a parità di scambiatore e di portata.

Di seguito riporto i valori tipici di queste viscosità, che sono di estrema importanze, nel dimensionamento corretto degli scambiatori di calore a piastre o a fascio tubiero:

olii idraulici e lubrificanti

Spesso nei precedenti articoli, ho parlato della necessità di “condizionare chimicamente” l’acqua delle torri evaporative, in quanto a lungo andare si manifestano problemi di concentrazione di carbonati e formazione di alghe.

I problemi sopracitati, sono facilmente risolvibili proprio mediante un semplice, ma ben dimensionato dosaggio di prodotti chimici.

Solitamente per scongiurare questi problemi è sufficiente prevedere un sistema di dosaggio che comprenda:

• Anti incrostante, disperdente
• Alghicida

L’anti incrostante, mantiene in dispersione/sospensione il calcare ed i carbonati presenti nell’acqua, l’alghicida previene e/o elimina le mucillagini o le alghe che in presenza di irraggiamento solare o di calore, si formerebbero inevitabilmente.

Questi due non sono sufficienti ad assicurare il buon funzionamento della torre evaporativa, infatti serve attuare anche uno spurgo, allo scopo di evitare una eccessiva concentrazione di sali/carbonati nell’acqua di torre stessa.

Si possono adottare due sistemi:

• Spurgo continuo
• Sistema di spurgo automatico con sonda di conducibilità

Entrambi sono validi, a patto che venga monitorato lo stato dell’acqua in ricircolo.

I tradizionali scambiatori di calore a fascio tubiero, permettono una elevata personalizzazione sia in fase di progettazione che di costruzione, soprattutto nel caso di applicazioni di processo.

Quando si parla di piccoli/medi scambiatori invece si trovano sul mercato scambiatori “standard”, che quindi hanno delle caratteristiche geometriche predefinite. In ogni caso le dimensioni delle connessioni, hanno un discreto grado di libertà e possono essere differenziate tra primario e secondario.

Nel caso degli scambiatori di calore a piastre invece le connessioni sono sempre tutte della stessa dimensione, salvo casi particolari, anche se si possono differenziare a livello di standard.

Infatti sebbene gli scambiatori di calore a piastre tendano ad essere forniti con costruzione standardizzata, è possibile avere connessioni realizzate secondo tipologie differenti:

• Bocchelli filettati Gas Maschio o Femmina (almeno fino al 2 1/2″ – 3″)
• Flange ISO/DIN ricavate sul fusto
• Flange ISO/DIN welding neck
• Flange Ansi ricavate sul fusto
• Flange Ansi welding neck
• Connessioni DIN 11851 alimentari
• Connessioni Tri-Clamp
• Flange SAE
• ecc…

questi sono solo alcuni esempi di tipologia di connessione disponibili.

Rimane il vincolo delle dimensioni che quasi sempre sono uguali per tutti i bocchelli (come dicevo salvo rari casi).

La differenza dei vari tipi di attacco è legata solitamente al tipo di processo che lo scambiatore deve servire o nell’ambito del quale viene installato, sia esso

• HVAC condizionamento
• Processo chimico petrolchimico e relative utilities
• Idraulico ed oleodinamico
• Alimentare
• ecc…

Tutto questo in virtù della massima standardizzazione e rapidità di consegna.

In altri casi, si utilizzano scambiatori di calore immersi all’interno dell’apparecchiature stessa, alimentati da fluidi caldi o freddi forniti da

• chiller
• torri evaporative
• caldaie
• centraline di termoregolazione

a seconda della funzione che dobbiamo ottenere.

Vi sono poi casi particolari, nei quali non è possibile per ragioni di processo portare il fluido all’esterno e nemmeno inserire sistemi di scambio all’interno dell’apparecchiatura. In questi casi solitamente si utilizzano particolari macchinari che hanno delle intercapedini, delle camicie o dei semitubi, applicati direttamente all’esterno, dove scorre il fluido caldo o freddo, per poter termoregolare la temperatura del prodotto all’interno del contenitore.

Nel caso si debba realizzare un sistema di termostatazione simile, su apparecchiature già esistenti (il classico monofluido):

• reattori
• filtri
• serbatoi di stoccaggio

che non sono stati costruiti con queste intercapedini, esiste una sola alternativa, ovvero utilizzare degli scambiatori di calore a piastre T COIL modellati sulla sagoma (shape) esterna dell’apparecchio, da applicare opportunamente, magari interponendo apposite paste conduttrici, allo scopo di poter riscaldare o raffreddare il prodotto.

Queste soluzioni sono piuttosto economiche, e permettono di evitare costosi investimenti di ricostruzione, con semplici interventi di retrofit.