8/17/2019 Curs 11_2014

1/20

 

SCHIMBATOARE DE CALDURA

A. Schimbator de caldura cu tevi coaxiale teava i! teava"

Fig. 1 - Schimbator de caldura cu tevi coaxiale

  (teava in teava)

Fig. 2 - Variante constructive ale schimbatorului de caldura cu tevi coaxiale

8/17/2019 Curs 11_2014

2/20

 

Fig. 3 - Moduri de circulatie a fluidelor in schimbatorul de caldura teava in teava

De re#ula intr-un schimbator de caldura tem!eraturile fluidelor !ot fi"

a) #mbele variabile (fluidele cedea$a%!rimesc fiecare caldura sensibila)

b) &umai tem!eratura unuia dintre fluide variabila (fluidul cedea$a%!rimeste

caldura sensibila iar celalalt !rimeste%cedea$a caldura latenta)c) #mbele constante (fluidele cedea$a%!rimesc caldura latenta)

$ot exi%ta i!%a %i alte %ituatii& re're(e!tate de combi!atii ale varia!telor 

're(e!tate mai %u%& atu!ci ca!d& cel 'uti! u!ul di!tre )luide& %chimba %i

caldura %e!%ibila %i caldura late!ta*

Fiecarei variante 'i cores!unde o dia#rama de tem'eratura s!ecifica.

8/17/2019 Curs 11_2014

3/20

 

Fig. - ateva diagrame de tem!eratura !osibile"

a) fiecare fluid cedea$a%!rimeste caldura sensibila* b) fluidul cald cedea$a

caldura sensibila%latenta iar fluidul rece se va!ori$ea$a sau isi modifica tem!eratura.

a)

b)

8/17/2019 Curs 11_2014

4/20

 

+.+. Tra!%)erul de caldura la tem'eraturi variabile 'e!tru circulatia i!

echicure!t a )luidelor i! %chimbatorul de caldura cu tevi coaxiale

( ) t #+tt,d

d

d

d

d1

1 11211

22

1

m

1

1

∆⋅⋅=⋅⋅⋅π⋅

⋅α+⋅

λδ

+α

=   -

Relatia a )o%t dedu%a co!%idera!d ca tem'eraturile celor doua )luide rama!

co!%ta!te& ceea ce !u totdeau!a %e i!tam'la v. )i#. ,"***

Fig. / 0ransferul de caldura !rin !eretele unei tevi

entru transferul de caldura intre doua fluide !rintr-un !erete cilindric debitul de caldura

transferat este (v. urs )"

8/17/2019 Curs 11_2014

5/20

 

Ipoteze

4egim stationar

oeficientul total de transfer termic este constant !e lungimea tevii

,i!sa transferului conductiv !e lungimea tevii.

&ici unul dintre cele doua fluide nu-si schimba starea de agregare ca efect al

schimbului de caldura (altfel s!us fiecare din cele doua fluide cedeaza, respectiv,

 primeste caldura sensibila).

$ri! urmare %e im'u!e re)ormularea ace%tei relatii de tra!%)er termic a%t)el i!cat

acea%ta %a core%'u!da oricarei varia!te 'o%ibile*

8/17/2019 Curs 11_2014

6/20

 

Schimbatorul de caldura este foarte bine i$olat (!ierderi de caldura nule). 5nconsecinta debitul de caldura sensibila cedat de fluidul cald () este egal cu cel !rimit

de fluidul rece"

61 / debitul de fluid cald

62 / debitul de fluid recec!1 / caldura s!ecifica a fluidului cald

c!2 / caldura s!ecifica a fluidului rece

  tem!eratura initiala a fluidului cald

  tem!eratura finala a fluidului cald

  tem!eratura initiala a fluidului rece

  tem!eratura finala a fluidului rece

't1

't2

''t

1

''t2

&otatii"

( ) ( )7 77 77 7- 6 c t t 6 c t t1 !1 1 1 2 !2 2 2= × × − = × × −

Fig. 8 / Variatia tem!eraturilor 

intr-un schimbator de caldura cu

circulatie in echicurent

8/17/2019 Curs 11_2014

7/20

 

4elatii de bilant termic si transfer termic !entru aria elementara d#"

9ilant termic fluid 1" 111   dtc6d- !   ⋅⋅−=

9ilant termic fluid 2" 222   dtc6d- !   ⋅⋅=

0ransfer termic" ( )   d#tt+d-   ⋅−⋅= 21

111

!c6

ddt

⋅−=

22

2

!

c6

d-dt

⋅=

( ) dmc6c6

dttddtdt

m

!!

⋅−=   

  

 

⋅+

⋅⋅−=−=−

2211

212111

( ) ( )   d#tt+md-ttd   ⋅−⋅⋅−=−=− 2121

Se!arand variabilele si integrand intre limitele diferentei de tem!eratura intre celedoua fluide (ex!rimate in ra!ort de intrarea si iesirea fluidului cald in%din

schimbatorul de caldura)"

diferenta de tem!eratura la intrare"

diferenta de tem!eratura la iesire"

72

71

7 ttt   -=∆

772

771

77 ttt   -=∆

re$ulta !rofilul de tem!eratura in lungul schimbatorului de caldura"

''t

ln m K A'

t

∆= − × ×

∆

'' 't t exp(-m K A)∆ = ∆ × × ×sau"

in care "   A d L1

= π × × este aria su!rafetei de transfer termic a tevii interioare cu

diametrul d1 si lungimea ,

(1)

(2)

(v. fig. :)

8/17/2019 Curs 11_2014

8/20

 

entru a obtine debitul de caldura schimbat intre cele doua fluide intre intrarea si iesirea

din schimbator se ex!licitea$a termenul (-m) din relatia (2)"

se inlocuieste m  in relatia (1) si se integrea$a ecuatia diferentiala obtinuta intre limitele

 ;t< si ;t

8/17/2019 Curs 11_2014

9/20

 

2. S!re deosebire de circulatia in echicurent unde !arametrul m este totdeauna !o$itiv

(v. rel.1) !entru contracurent se demonstrea$a ca acesta se defineste cu relatia"

2211

11

!!   c6c6m

⋅−

⋅=

astfel incat m= > m?> sau m@> in functie de valorile debitelor si caldurilor s!ecifice ale

celor doua fluide intre care are loc schimbul de caldura.

5n conditiile amintite diferentele de tem!eratura ;t

8/17/2019 Curs 11_2014

10/20

 

B. Schimbatoare de caldura tubulare cu ma!ta %i )a%cicul de tevi"

Fig. : - Schimbator de caldura tubular cu o singura trecere !rin tevi

si circulatie in contracurent"

1- manta* 2- fascicul de tevi* 3 / !laci tubulare* / ca!ace* / racord intrare fluid 1*

8 / racord iesire fluid 1* : / racord intrare fluid 2* B / racord iesire fluid 2

1

2

33

8 :

B

8/17/2019 Curs 11_2014

11/20

 

a si !entru schimbatorul de caldura cu tevi coaxiale circulatia celor doua fluide in

varianta !re$entata nu !oate fi decat in echicure!t  sau co!tracure!t. rin urmare

relatiile deduse !entru schimbatorul de caldura cu tevi coaxiale !entru fiecare din cele

doua variante mentionate raman valabile cu diferenta ca aria su!rafetei de transfer

termic este in acest ca$"

LdnA   ⋅⋅π⋅= unde n este numarul de tevi ce alcatuiesc fasciculul schimbatorului

de caldura.

Variante constructive ale schimbatorului de caldura tubular

Aiferitele variante constructive urmaresc reali$area unuia dintre urmatoarele obiective"

1. diminuarea eforturilor mecanice determinate de dilatarea inegala a mantalei si a

fasciculului de tevi*2. intensificarea transferului de caldura de !artea unuia sau ambelor fluide si%sau

diminuarea de!unerilor !e su!rafata de transfer termic.

Inele dedilatare

Fig. 8 - Sistem de compensare a dilatarii inegale cu “inele de dilatareC

B 1. Diminuarea eforturilor mecanice determinate de dilatarea inegala a mantalei si a

fasciculului de tevi 

8/17/2019 Curs 11_2014

12/20

 

Fig. - Sistem de com!ensare a dilatarii inegale cu Dca! flotantC

Fig.1> - Sistem de com!ensare a dilatarii inegale cu Dtevi in forma de EC

8/17/2019 Curs 11_2014

13/20

 

Fig. 11 - Schimbatoare de caldura cu fascicul de tevi"

a) cu doua treceri !entru fluidul din tevi* b) cu !atru treceri !entru fluidul din tevi

a) b)

B 2. Intensificarea transferului de caldura de partea unuia sau ambelor fluide si/sau

diminuarea depunerilor pe suprafata de transfer termic

a) Fluidul din tevi !chimbatoare de caldura cu mai multe treceri 

a! flotant

8/17/2019 Curs 11_2014

14/20

 

Fig. 12 / Aiagrama de tem!eratura !entru un schimbator de caldura

cu doua treceri ale fluidului rece"

a) !rima trecere" in echicurent* b) !rima trecere in contracurent

Aiagrame de tem!eratura !entru un scimbator de caldura tubular cu doua treceri

!rin tevi

8/17/2019 Curs 11_2014

15/20

 

Fig. 13 - Schimbator de caldura cu doua treceri !rin tevi si cu sicane segment de

cerc" a) fara sistem de com!ensare a dilatatilor* b) cu sistem de com!ensare a

dilatatilor (tevi in forma de E)

Fig. 1 - Schimbator de caldura cu sicane

elicoidale

4educerea de!unerilor oeficienti de transfer termic mai mari4educerea vibratiilor 4educerea caderii de !resiune

liminarea $onelor moarte 

b) Fluidul dintre tevi " !chimbatoare de caldura cu sicane

a)b)

8/17/2019 Curs 11_2014

16/20

 

Fig. 1 - irculatia

fluidelor in schimbatoarele

de caldura cu mai multe

treceri si cu sicane

Fata de modurile de circulatie in echicurent

sau contracurent in schimbatoarele de caldura cu

mai multe treceri si%sau cu sicane circulatia este in

curent incrucisat (fig. 1).

Aebitul de caldura transferat in aceste conditii

este dat de o relatie asemanatoare relatiei (3)"

Q K A tm,cor = × × ∆

in care"

t t Fm,cor m,cc∆ = ∆ ×

este diferenta medie logaritmica de tem!eratura

corectata calculata cu diferenta medie logaritmica

de tem!eratura !entru circulatia in contracurent

(;tmcc) corectata cu factorul F* valoarea factorului de

corectie F de!inde de modul !articular de circulatieal fluidelor in schimbatorul de caldura si se

determina din grafice%relatii s!ecifice de literatura in

functie de !arametrii si 4 calculati in functie de

tem!eraturile fluidelor la ca!etele schimbatorului de

caldura"

8/17/2019 Curs 11_2014

17/20

 

Fig. 1: - Schimbator de caldura cu

!romotori de turbulenta in tevi

Fig. 1B - Schimbator de caldura cu

tevi rugoase

c) #odalitati de intensificare a transferului termic prin marirea turbulentei 

Schimbator de caldura cu doua treceri!rin tevi si cu sicane

Fig. 18 Aiagrama !entru determinarea coeficientilor de corectie si 4

8/17/2019 Curs 11_2014

18/20

 

Fig. 1 - Schimbator de caldura cu tevi rasucite

8/17/2019 Curs 11_2014

19/20

 

C. Schimbatoare de caldura com'acte

Fig. 2> - Schimbator de caldura s!iral

Fig. 21 / Schimbator de caldura cu !laci

8/17/2019 Curs 11_2014

20/20

 

Fig. 22 - Schimbator de caldura cu !laci ondulate

D. Schimbatoare de caldura cu %u'ra)ete exti!%e

Fig. 23 / 0evi cu ari!ioare longitudinale