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L’importanza dello scambiatore di calore nell’industria chimica/petrolchimica

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In alcune industrie è necessario l’utilizzo di uno scambiatore calore, in particolar modo nell’industria chimica e petrolchimica. Questo strumento permette di trasferire l’energia tra due correnti a temperature diverse, senza che ci sia una miscelazione. Non entrano mai in contatto perché rimangono isolate e in questo modo non si mischiano. Si tratta di un procedimento che sta alla base di quasi tutti i processi produttivi di un’industria chimica, ma lo scambio di calore può avvenire in modo diverso a seconda dell’apparecchio che viene utilizzato. Esistono infatti tantissimi apparecchi diversi, tra i più conosciuti troviamo gli scambiatori a piastre e gli scambiatori a fascio tubiero.

Quale scambiatore di calore scegliere?

Dato che esistono diversi scambiatori di calore in commercio, è fondamentale conoscere le principali differenze tra questi apparecchi. Solitamente le caratteristiche più importanti da considerare sono:

  • lo spazio disponibile per l’installazione;
  • il prezzo dello scambiatore di calore;
  • i tipi di fluidi da utilizzare.

Gli scambiatori a piastre vengono utilizzati dall’inizio degli anni Settanta, ancora oggi offrono dei notevoli vantaggi, soprattutto perché sono caratterizzati da dimensioni esterne molto ridotte rispetto ad altri modelli in commercio. In questi apparecchi si trovano delle camere in cui circolano i fluidi: in base al tipo di processo di scambio vengono selezionate più o meno camere di dimensioni e caratteristiche differenti. Come si può intuire dal nome, questi scambiatori sono caratterizzati da piastre di metallo (dotate di fori per facilitare il passaggio dei fluidi) che permettono di trasferire calore in modo veloce.

Gli scambiatori a fascio tubiero sono formati da un mantello in cui circola uno dei due fluidi e sono presenti diversi tubi in cui circola il secondo fluido: attraverso le pareti dei tubi interni avviene lo scambio termico. Il trasferimento termico migliora grazie alle alette che si trovano sul lato esterno dell’apparecchio. La circolazione dell’aria può avvenire in due modi: naturale o forzato, nel secondo caso si utilizzano dei ventilatori. Questi scambiatori di calore hanno dimensioni importanti, sono particolarmente robusti e la loro forma si addice ad applicazioni in pressione.

Cosa sapere prima di installare uno scambiatore di calore

Gli scambiatori di calore sono apparecchi che vengono utilizzati in edifici di grandi dimensioni, come le fabbriche. Permettono ad un fluido di passare calore ad un secondo fluido senza entrare in contatto, in questo modo è possibile trasferire il calore senza trasferire il fluido che trasporta il calore.

Un apparecchio come questo può servire a riscaldare o raffreddare gli edifici, ma non solo: in alcuni casi è indispensabile per far lavorare i motori delle macchine e i grandi impianti. Per fare un esempio concreto possiamo prendere in considerazione le centrali elettriche, che disperdono tanto calore all’esterno inutilmente. Installando uno scambiatore di calore nei condotti di scarico o nelle ciminiere si può evitare questo grande spreco di energia.

La scelta dello scambiatore di calore non è sempre facile, è fondamentale valutare alcuni fattori, in base alle esigenze dell’industria. Per quanto riguarda le procedure di dimensionamento degli scambiatori di calore per l’industria chimica/petrolchimica ci sono due fasi da considerare: il dimensionamento termodinamico (o calcolo delle superfici di scambio) e il dimensionamento meccanico.

Il dimensionamento degli scambiatori viene effettuato in modo da riconoscere le condizioni di massimo trasferimento termico, che consistono in:

  • massima turbolenza dei fluidi;
  • aumento del numero di Reynolds,
  • identificazione della minima superficie di scambio, in modo da garantire il giusto trasferimento termico.

Questa procedura viene eseguita attraverso dei calcoli ben precisi, utili a trovare un minimo di una funzione della superficie di scambio. Può essere complesso da capire per chi non lavora nel settore, infatti l’ideale è farsi suggerire il miglior scambiatore di calore da un esperto, spiegando quali sono le nostre necessità.

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