Scambiatori di Calore per Olio Idraulico: Funzionamento e Tipologie

Gli scambiatori di calore sono dispositivi fondamentali per la gestione termica in numerosi processi industriali. In particolare, gli scambiatori acqua-olio sono strumenti molto importanti utilizzati per il raffreddamento degli impianti attraverso uno scambio di calore tra i due fluidi. Per questo motivo vengono installati su presse ad iniezione o macchine utensili.

Lo scambiatore acqua-olio è un particolare dispositivo che viene utilizzato per realizzare uno scambio di energia termica tra due fluidi: un fluido termovettore e altri di temperature diverse. Si tratta di uno strumento molto importante che viene utilizzato spesso su macchinari industriali, macchine alimentari, generatori e compressori.

La funzione principale dello scambiatore acqua-olio è quella di scambiare energia e calore tra i due fluidi che presentano due temperature diverse.

Tipologie di Scambiatori di Calore

Esistono diverse tipologie di scambiatori di calore, ognuna adatta a specifiche applicazioni e condizioni di processo:

Scambiatori tubo in tubo: In questi scambiatori, il primo modo per realizzare lo scambio termico tra i due fluidi è impiegare due tubi coassiali inseriti uno nell’altro. Qui viene fatto scorrere il primo fluido nel tubo interno e il secondo nella zona anulare tra un tubo e l’altro.
Scambiatori a tubi e mantello (shell and tube): Questi scambiatori esasperano il concetto degli scambiatori tubo in tubo.
Scambiatori a serpentina: Ideali per fluidi corrosivi o sporchi, prevedono l’immersione del sistema di scambio termico nella vasca contenente il fluido da termostatare.
Scambiatori a piastre ispezionabili e saldobrasati: Questi scambiatori presentano un rapporto molto elevato tra il volume e la superficie di scambio termico. Sono costituiti da un pacco di piastre simili tra loro ottenute da lamiera per stampaggio a freddo con differenti forme di corrugazione superficiale, aventi angoli differenti (angoli Chevron) a seconda dello schema termico che si desidera ottenere. Le piastre sono sostenute da un telaio e pressate da una testata mobile del medesimo.

Principi Fondamentali dello Scambio Termico

Secondo le leggi naturali della fisica, l’energia presente in un sistema tende sempre a raggiungere l’equilibrio. Fino a quando esisterà una differenza di temperatura, il calore lascerà il corpo o il liquido caldo per essere trasferito in quello freddo. Uno scambiatore di calore rispetta questo principio di raggiungimento dell’equalizzazione.

Con uno scambiatore di calore a piastre, il calore attraversa facilmente la superficie che separa il fluido caldo da quello freddo. Questo permette di riscaldare o raffreddare liquidi o gas con livelli minimi di energia.

Senza tener conto delle dispersioni di calore nell'atmosfera, che sono trascurabili, il calore perso (potenza) da un lato dello scambiatore di calore a piastre è equivalente al calore acquisito dall'altro lato.

Parametri Chiave per la Progettazione

Per risolvere un problema termico, è necessario conoscere alcuni parametri, mentre altri possono essere calcolati con l'aiuto di questi ultimi, è quindi possibile determinare dati ulteriori. Ogni parametro dell'equazione può influire sulla scelta dello scambiatore di calore.

Portata: La portata massima generalmente determina quale tipo di scambiatore di calore sia appropriato per uno scopo specifico. Può essere espressa in due modi diversi: per peso o per volume. Le unità di flusso per peso sono in Kg/s o kg/h le unità di flusso per volume sono in m3/h o l/min. Gli scambiatori di calore a piastre Alfa Laval possono essere utilizzati per portate da 0,05 kg/s a 1400kg/s. In termini di volume, ciò equivale a 0,18 m3/h - 5000 m3/h in un'applicazione per acqua.
Caduta di pressione (Δρ): La caduta di pressione (Δρ) è inversamente proporzionale alle dimensioni dello scambiatore di calore a piastre. Se è possibile aumentare la caduta di pressione consentita e accettare costi di pompaggio maggiori, lo scambiatore di calore sarà di dimensioni inferiori e meno costoso.
Calore specifico (cρ): Il calore specifico (cρ) è la quantità di energia necessaria per aumentare di un grado centigrado 1kg di sostanza.
Viscosità: La viscosità misura la facilità di scorrimento di un liquido. Minore è la viscosità, maggiore sarà la facilità di scorrimento.
Coefficiente di scambio termico complessivo (k): Il coefficiente di scambio termico complessivo (k) misura la resistenza del trasferimento di calore, composta dalla quantità di sporcamento, dalla natura dei fluidi e dal tipo di scambiatore utilizzato.

Materiali Costruttivi

Nella maggior parte degli scambiatori di calore Alfa Laval per applicazioni acqua/acqua sono utilizzate piastre in acciaio inossidabile AISI 316 di altà qualità. Quando il contenuto di cloruro non impone la necessità di AISI 316, è possibile utilizzare materiale in acciaio inossidabile AISI 304, meno costoso. Sono inoltre disponibili piastre in materiali diversi, per varie applicazioni. Per gli scambiatori di calore a piastre saldobrasate Alfa Laval, è sempre utilizzato acciaio inossidabile AISI 316.

Scambiatori Aria-Olio

Quando si parla di scambiatori aria-olio si fa riferimento a dei dispositivi che vengono utilizzati per avviare il processo di raffreddamento dei circuiti oleodinamici attraverso l’utilizzo dell’aria come fluido raffreddante. Gli scambiatori aria-olio vengono costruiti con una massa radiante in alluminio, che si ottiene attraverso un processo di saldobrasatura sottovuoto. In questo modo è possibile garantire un’ottima resa termica e una migliore resistenza alle pressioni.

Gli scambiatori aria-olio e acqua-olio sono entrambi degli scambiatori di calore che si occupano dello scambio di energia termica di un fluido termovettore con altri di temperature diverse. La differenza principale riguarda il funzionamento; infatti gli scambiatori aria-olio vengono impiegati per il raffreddamento di olio idraulico attraverso l’utilizzo di aria che viene soffiata da una ventola sulle macchine che lavorano in modo continuativo. Inoltre gli scambiatori aria-olio vengono impiegati quando si necessita di prestazioni refrigeranti minori.

Scambiatori di Calore a Piastre: Vantaggi

Gli scambiatori di calore a piastre offrono numerosi vantaggi. In uno scambiatore di calore a piastre, è possibile usufruire dei vantaggi derivanti da piccole differenze di temperatura e spessore delle piastre compreso tra 0,3 e 0,6mm. I valori alfa sono prodotti dalle turbolenza molto elevata e il fattore di sporcamento è generalmente molto ridotto. Il progetto degli scambiatori di calore a piastre implica una turbolenza, e di conseguenza un'efficienza termica, molto maggiore degli scambiatori a fascio tubiero.

Esistono molti tipi di scambiatori di calore a piastre, con design diversi destinati a servire al meglio diversi tipi di applicazioni e condizioni di processo specifiche. Gli scambiatori di calore a piastre sono utilizzati in un'ampia gamma di funzioni, in quasi tutti i settori immaginabili, in tutto il mondo.

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