Cum funcționează schimbătorul de căldură cu contracurent?

132 Views Posted on: 2025-02-19
 

Schimbătorul de căldură în contracurent este un dispozitiv care permite recuperarea eficientă a energiei termice. Este utilizat pe scară largă în diverse ramuri ale industriei, precum și în casele unifamiliale (aer condiționat, ventilație, încălzirea apei calde menajere). Din articolul de mai jos veți afla cum este construit acest tip de schimbător, cum funcționează, pentru ce este utilizat și ce înseamnă de fapt „contracurent”. Citiți și aflați mai multe despre schimbătoarele de căldură în contracurent.

Ce este un schimbător de căldură în contracurent? Despre ce este vorba cu acest contracurent?

Schimbătorul de căldură în contracurent este un dispozitiv utilizat în multe industrii pentru schimbul eficient de căldură între două fluxuri diferite de fluide care curg în direcții opuse (ceea ce este esențial pentru creșterea eficienței schimbului de căldură). Funcționează pe principiul curgerii fluidelor prin canale separate, ceea ce permite un transfer eficient de căldură între ele. Schimbătoarele de căldură în contracurent sunt utilizate în domenii precum încălzirea centrală, dar și în industria chimică, energetică sau procesele industriale. Datorită construcției lor, permit obținerea unei eficiențe energetice mai ridicate, reducerea pierderilor termice și creșterea eficienței producției.

Principiul de bază al contracurentului în conectarea schimbătoarelor de căldură

☑️ Conectarea unui schimbător de căldură în contracurent trebuie să respecte principiul contracurentului - altfel dispozitivul nu va atinge eficiența așteptată. Cum se conectează un schimbător de căldură în contracurent?

✅ Dacă schimbătorul de căldură este în contracurent (iar producătorul ar trebui să informeze despre acest lucru), este important să rețineți că la conectarea lor se aplică principiul de bază al contracurentului. Acesta constă în faptul că fluidele (sau, în general, mediile) care circulă prin schimbătorul în contracurent curg în direcții opuse una față de cealaltă. Datorită acestui fapt, acestea au un contact mai îndelungat între ele, iar transferul de temperatură este mai eficient. Acesta este contracurentul.
Nu există însă libertate în conectarea schimbătorului - schimbătorul de căldură poate avea caneluri pe plăci care determină direcția de curgere. În această situație, doar schimbătoarele destinate acestui scop pot fi clasificate ca fiind în contracurent - și conectate ca atare.

Toate schimbătoarele de căldură se conectează în contracurent?

✅ Nu toate schimbătoarele de căldură sunt modele în contracurent - deci nu toate se conectează în contracurent. Există și modele în cocurent - dar producătorul ar trebui să informeze, cel puțin în manualul de utilizare, cum trebuie conectat modelul respectiv.

Principiul de funcționare al schimbătoarelor de căldură în contracurent

Principiul de funcționare al schimbătoarelor de căldură în contracurent constă în transferul de căldură între două fluide, un fluid cald și un fluid rece, care curg în direcții opuse. Acest proces se bazează pe principiul transferului de căldură de la fluidul cu temperatura mai ridicată la fluidul cu temperatura mai scăzută. Schimbul eficient de căldură între fluide este esențial pentru minimizarea pierderilor și obținerea unei eficiențe ridicate a procesului. Schimbătoarele de căldură în contracurent asigură utilizarea eficientă a căldurii disponibile, ceea ce face ca acestea să fie utilizate pe scară largă în diverse industrii. Datorită transferului de căldură de la fluidul cald la fluidul rece, schimbătoarele de căldură în contracurent permit utilizarea energiei termice dintr-un proces pentru încălzirea fluidului dintr-un alt proces. În plus, minimizarea pierderilor de căldură în procesul de schimb duce la economii de energie și creșterea eficienței sistemului. Datorită acestui fapt, schimbătoarele de căldură în contracurent nu sunt doar economice, ci și mai prietenoase cu mediul. Schimbul de căldură în direcții opuse contribuie la utilizarea optimă a resurselor disponibile și crește semnificativ eficiența întregului proces termic. Mai jos vom explica de ce schimbătoarele de căldură în contracurent sunt atât de eficiente.

De ce schimbătorul de căldură în contracurent are o eficiență atât de mare?

Schimbătorul de căldură în contracurent este foarte eficient - eficiența sa poate ajunge până la 85%. Datorită construcției sale, care maximizează diferența de temperatură între cele două fluide schimbate, transferul de căldură este foarte eficient. Eficiența schimbătorului de căldură în contracurent poate fi atribuită mai multor factori cheie, discutați mai jos.

Gradientul de temperatură:

Într-un sistem în contracurent, fluidele calde și reci curg în direcții opuse. Acest lucru creează un gradient de temperatură în continuă scădere de-a lungul lungimii schimbătorului de căldură. Pe măsură ce diferența de temperatură dintre cele două fluide scade, schimbul de căldură continuă să aibă loc pe întreaga lungime a schimbătorului, permițând o utilizare mai eficientă a diferenței de temperatură disponibile.

Menținerea diferenței de temperatură:

Datorită direcțiilor opuse de curgere, fluidul cald care intră în schimbătorul de căldură în contracurent întâlnește inițial cel mai rece fluid, în timp ce fluidul rece care intră în schimbător întâlnește inițial cel mai cald fluid. Aceasta înseamnă că cea mai mare diferență de temperatură apare în punctul de contact inițial. Pe măsură ce fluidele se deplasează prin schimbător, diferența de temperatură scade treptat, dar rămâne mai mare în comparație cu alte tipuri de configurații de curgere, cum ar fi curgerea paralelă.

Contracararea pierderilor de căldură:

Într-un schimbător de căldură cu curgere paralelă, diferența de temperatură dintre cele două fluide scade mai repede de-a lungul lungimii schimbătorului. Acest lucru poate duce la o situație în care, la un moment dat, diferența de temperatură devine atât de mică încât schimbul de căldură încetează efectiv. Pe de altă parte, în schimbătorul de căldură în contracurent descris în acest articol, direcțiile opuse de curgere asigură o distribuție mai uniformă a schimbului de căldură pe întreaga lungime.

Principiul contracurentului este specific și majorității schimbătoarelor de căldură tubulare

✅☑️ Schimbătoarele de căldură în contracurent nu sunt doar modelele populare cu plăci - contracurentul este utilizat și în conectarea schimbătoarelor de căldură pentru piscine - adică schimbătoare de căldură tubulare.

Schimbătoarele de căldură de acest tip au, de obicei, o eficiență puțin mai mică în transferul de căldură decât modelele cu plăci - dar au alte avantaje, cum ar fi pierderi mai mici de presiune, adică rezistențe hidraulice mai mici la curgeri, pot asigura un debit masic mult mai mare etc. Deoarece coeficientul de transfer de căldură într-un astfel de schimbător este mai mic decât în cazul unui schimbător cu plăci - contracurentul este deosebit de important, deoarece crește timpul de contact a două fluide care interacționează într-un mod maxim posibil.

Unde sunt utilizate schimbătoarele de căldură în contracurent?

  • Ventilație și aer condiționat - în acest caz, schimbătoarele de căldură în contracurent sunt utilizate pentru transferul eficient de căldură între fluxul de aer exterior și fluxul de aer interior. Acestea sunt, desigur, schimbătoare de căldură aer-aer.
  • Industria farmaceutică - în farmacie, schimbătoarele de căldură în contracurent sunt utilizate pentru producția de medicamente (în procese de distilare, uscare, cristalizare).
  • Industria chimică - în companii și institute de cercetare chimică, schimbătoarele de căldură în contracurent sunt utilizate pentru controlul temperaturii reacțiilor chimice, distilare, condensare.
  • Industria petrochimică - în rafinării și alte unități petrochimice, schimbătoarele de căldură în contracurent sunt utilizate pentru răcirea produselor și substanțelor fierbinți care necesită răcire rapidă pentru a menține anumite condiții de procesare.
  • Industria energetică - în centralele nucleare și termice, schimbătoarele de căldură în contracurent sunt utilizate pentru transferul de căldură între circuitul de răcire și circuitul de lucru pentru producerea de energie electrică.
  • Industria alimentară și refrigerarea - în producția de alimente, schimbătoarele de căldură în contracurent pot fi utilizate pentru răcirea sau încălzirea rapidă a produselor alimentare, precum și în procesul de pasteurizare și uscare.
  • Industria metalurgică - schimbătoarele de căldură în contracurent sunt utilizate în acest caz pentru controlul temperaturii în procese precum laminarea, turnarea sau tratamentul termic.
  • Încălzirea centrală și încălzirea apei calde menajere. În această rolă se vor descurca excelent următoarele schimbătoare de căldură.

Avantajele schimbătoarelor de căldură în contracurent

Schimbătoarele de căldură în contracurent au o serie de avantaje pe care merită să le cunoașteți. Fără îndoială, unul dintre cele mai mari avantaje ale acestora este eficiența ridicată, aplicarea largă, costurile scăzute de producție și reducerea tensiunilor termice în construcție în comparație cu schimbătoarele de căldură în cocurent.

Eficiență termică ridicată

Schimbătoarele de căldură în contracurent au multe avantaje. Unul dintre cele mai importante este eficiența termică foarte ridicată. Aceasta înseamnă că pierderile termice sunt minime și aproape toată energia termică este utilizată pentru încălzirea sau răcirea clădirii. Datorită acestui fapt, astfel de schimbătoare sunt foarte eficiente și economice în exploatare. În plus, în cazul schimbătoarelor cu plăci, se pot aplica izolații termice care reduc suplimentar pierderile.

Aplicare largă

Un alt avantaj al schimbătoarelor de căldură în contracurent este flexibilitatea aplicării lor. Acestea pot fi utilizate atât pentru încălzire, cât și pentru răcire, ceea ce le face să fie utilizate pe scară largă în mai multe industrii, cum ar fi industria alimentară, chimică, energetică sau în încălzirea și climatizarea clădirilor.

Costuri scăzute

În plus, schimbătoarele de căldură în contracurent sunt relativ ieftine de produs, ceea ce se reflectă în prețul lor atractiv pentru utilizatori. În cele din urmă, acest tip de schimbătoare sunt ușor de instalat și întreținut, ceea ce le face practice în utilizare. De aceea, schimbătoarele de căldură în contracurent sunt o soluție din ce în ce mai populară în domeniul tehnologiei termice.

Viteză mare de schimb de căldură

Sistemul în contracurent permite un coeficient general de transfer de căldură mai ridicat în comparație cu alte configurații de curgere. Aceasta înseamnă că schimbătorul de căldură în contracurent poate atinge schimbarea de temperatură dorită cu o lungime mai mică, ceea ce este deosebit de benefic în situațiile în care spațiul este limitat.

Tensiuni termice mai mici

Fluxul de contracurent ajută la reducerea tensiunilor termice ale materialelor utilizate în schimbătorul de căldură. Deoarece fluidele calde și reci intră în contact treptat, iar diferența de temperatură scade de-a lungul lungimii schimbătorului de căldură cu contracurent, există mai puține variații de temperatură care pot provoca tensiuni termice.

BLOG:

 
Posted in: Schimbătoare de căldură și tot ce este legat de ele, Agenți frigorifici și schimbătoare de căldură pentru gaz