Progettazione dello scambiatore di calore a piastre

Costruzione di uno scambiatore di calore a piastre: tra il telaio e la piastra fissa in acciaio sono fissate una guida e una base di supporto, che formano una struttura rigida a telaio.

La superficie di scambio termico è costituita da un insieme di piastre ondulate in acciaio inossidabile, assemblate in un blocco fissato nel telaio fisso dell'apparecchio. Il pacchetto è composto da piastre identiche sulla base di supporto. Ogni piastra è installata ruotandola di 180° rispetto alla precedente, formando canali a sinusoide speculare per il passaggio del fluido termovettore.

Agli angoli delle piastre si trovano quattro fori, che una volta assemblati in un blocco formano quattro collettori per il passaggio del fluido riscaldante e di quello riscaldato. Due fori nella piastra svolgono una funzione di transito, uno come collettore di distribuzione e l'altro come collettore di uscita.

La guarnizione polimerica è fissata sui bordi delle piastre tramite clip, impedendo le perdite nelle fessure tra le piastre e il mescolamento dei fluidi tra il circuito di riscaldamento e quello riscaldato.

Le piastre di bordo nel pacchetto non partecipano al processo di trasferimento del calore. Negli scambiatori di calore a passaggio singolo, l'ultima piastra è 'cieca' (senza fori).

Il blocco di piastre è fissato con una piastra di pressione mobile mediante bulloni di serraggio, uno dei cui estremi è fissato sul cuscinetto della piastra di pressione fissa e l'altro su quella mobile.

Lo scambiatore di calore a piastre assemblato viene installato su una base e fissato con bulloni attraverso i fori presenti nei piedi di supporto del telaio e del telaio stesso.

Piastre

L'elemento chiave nella costruzione di uno scambiatore di calore a piastre è realizzato mediante stampaggio a freddo su una pressa idraulica da lamiere di metallo, seguito da una lucidatura elettrochimica.

Le piastre sono stampate a una profondità compresa tra 2,5 e 4 mm da acciai inossidabili legati e leghe di titanio, a seconda delle condizioni operative di temperatura, pressione e proprietà chimiche dei liquidi di lavoro. I materiali più comuni delle piastre sono: AISI 304, AISI 316, SMO 254, Titanio.

Lo spessore delle piastre varia da 0,4 a 1 mm. Le piastre sottili sono più economiche e hanno una maggiore conducibilità termica, ma sono progettate per una pressione inferiore e una durata di vita più breve. Lo standard per le piastre negli scambiatori di calore installati nei sistemi di riscaldamento e acqua calda è la piastra realizzata in acciaio inossidabile legato AISI 316 con uno spessore di 0,5 mm.

Il rilievo delle piastre ha la funzione di distribuire uniformemente il flusso sulla superficie, garantisce la rigidità strutturale della piastra e forma un flusso a spirale che facilita l'autopulizia dei canali dello scambiatore di calore.

L'angolo di formazione del rilievo delle piastre influisce sulla velocità dello strato di fluido di lavoro e sulla turbolenza del flusso, il che porta a cambiamenti nelle caratteristiche termiche dell'apparecchio di scambio termico.

Tipo H - canale termodinamico lungo - lo scambiatore di calore con piastre di configurazione [H] è caratterizzato da un elevato coefficiente di trasferimento di calore e una maggiore caduta di pressione. L'alta turbolenza del flusso favorisce l'autopulizia dello scambiatore di calore dai depositi.

Tipo L – canale termodinamico corto – le piastre con motivo L hanno un coefficiente di trasferimento di calore inferiore, perdite di pressione significativamente minori durante il passaggio del flusso e si sporcano più rapidamente rispetto alle piastre H.

Tipo M – canale misto – ottenuto sovrapponendo i profili H e L, ereditando valori intermedi di trasferimento di calore e perdite di pressione.

Guarnizioni in polimero

Svolgono la funzione di sigillare le fessure tra le piastre e inoltre impediscono la miscelazione dell'acqua riscaldante con l'acqua riscaldata.

Gli elastomeri sono realizzati sotto forma di una guarnizione polimerica integrale (EPDM, NBR o FKM). La guarnizione è fissata attorno al contorno in una scanalatura speciale della piastra dello scambiatore di calore utilizzando colla epossidica o tramite clip previste nella progettazione della guarnizione. Il fissaggio degli elastomeri tramite clip consente una rapida sostituzione durante la manutenzione tecnica.

Nei sistemi di riscaldamento e acqua calda vengono utilizzate guarnizioni con clip in EPDM.

La durata media delle guarnizioni in polimero in uno scambiatore di calore a piastre è di circa 8 anni.