La gamma degli scambiatori di calore tubolari è molto ampia. Si va dai piccoli scambiatori in acciaio inossidabile, composti da poche decine di tubi, destinati all'industria alimentare, fino ai grandi scambiatori, come i generatori di vapore nell'industria nucleare, che possono contare oltre 10.000 tubi per piastra.
Che cos'è uno scambiatore di calore tubolare? Quali sono i pro e i contro?
Per quali tipi di applicazioni vengono utilizzati?
In questo articolo ti forniremo le risposte a tutte queste domande!
Come funziona uno scambiatore di calore tubolare
Uno scambiatore tubolare è un tipo di scambiatore di calore costituito da tubi racchiusi in un involucro. Si tratta di un dispositivo molto diffuso nei settori industriali in cui l'obiettivo principale è il recupero di calore da gas o liquidi.
Il principio di funzionamento dello scambiatore di calore a fascio tubiero si basa su un fascio di tubi disposto verticalmente o orizzontalmente all'interno di un cosiddetto mantello.
Funziona grazie allo scambio di calore tra due fluidi. Uno è il fluido "caldo" e l'altro è il fluido "riscaldato".
I fluidi possono essere di varia natura e lo scambiatore tubolare può essere utilizzato per lo scambio gas/gas, liquido/liquido, liquido/gas, ecc.
Sul mercato esistono diverse categorie di scambiatori di calore a fascio tubiero, ciascuna progettata per un'applicazione specifica:
- Condensatore: in questa configurazione, lo scopo dello scambiatore è quello di consentire la trasformazione di un gas in liquido. Il ruolo dello scambiatore, come indica il nome stesso, è quello di condensare il vapore su una superficie fredda. Il condensatore è quindi un sistema di refrigerazione che consente uno scambio termico tra un refrigerante e un mezzo esterno, garantendo il cambiamento di stato del fluido a pressione costante e quindi il suo desurriscaldamento e il suo sottoraffreddamento. In questo modo, il fluido esce dal condensatore allo stato liquido e non più gassoso.
- Raffreddatore: in questo caso, la funzione dello scambiatore è quella di raffreddare un liquido.
- Caldaia:lo scopo principale di questo processo è quello di vaporizzare parzialmente i residui delle colonne di distillazione. Viene vaporizzata una miscela di liquidi o una miscela di liquidi e solidi. Questo processo viene utilizzato anche per il riscaldamento.
- Riscaldatore: in grado di funzionare in condizioni estreme, lo scopo del riscaldatore in ambito industriale è quello di riscaldare un determinato volume di liquidi o gas.
- Evaporatore: il suo scopo è quello di concentrare una soluzione grazie all'apporto di energia necessario per provocare il passaggio di stato dalla fase liquida a quella gassosa.
- Cristallizzatore: in questa ultima configurazione, lo scambiatore consentirà di isolare un prodotto per recuperarlo da una soluzione in forma solida.
Dimensionamento di uno scambiatore di calore a fascio tubiero
Il primo passo nel processo di dimensionamento consiste nello scegliere la tecnologia più adatta alle esigenze del cliente. Ciò comporta la valutazione del ruolo che lo scambiatore ricoprirà nel settore, della sua ubicazione, del tipo di fluidi, delle pressioni e delle temperature.
Una volta stabilite queste dimensioni, occorre determinare la potenza termica dello scambiatore a fascio tubiero e calcolare la superficie di scambio termico necessaria.
Come passo successivo, è importante misurare la caduta di pressione ammissibile, ovvero la perdita di energia subita da un fluido in movimento.
Una volta pronti i progetti di costruzione, lo scambiatore di calore tubolare è pronto per essere realizzato.
Gli scambiatori di calore tubolari sono realizzati in acciaio inossidabile, Duplex, lega di nichel o Incoloy.
Pro e contro degli scambiatori di calore tubolari
Innanzitutto, lo scambiatore tubolare è estremamente robusto e affidabile. Si tratta di un'apparecchiatura industriale realizzata in acciaio inossidabile, in grado di resistere a pressioni elevate e temperature estreme. Questo scambiatore può funzionare con diversi tipi di fluidi e può essere adattato a diverse applicazioni.
Sebbene uno scambiatore tubolare presenti numerosi vantaggi, si tratta di un'apparecchiatura ingombrante, motivo per cui è fondamentale valutare lo spazio che occuperà in officina. Infatti, gli scambiatori tubolari possono talvolta raggiungere diverse decine di metri di lunghezza.
Inoltre, occorre tenere conto del rischio di accumulo di materiale all'interno dello scambiatore, nonché del fatto che l'ispezione non è agevole. Molti scambiatori a fascio tubiero sono costituiti da tubi di grandi dimensioni che devono essere rimossi completamente dall'apparecchio per poterli pulire.
