Cos’è il flusso contrario? Perché è più efficiente per gli scambiatori di calore?

Con una disposizione controcorrente, il mezzo di raffreddamento scorre nella direzione opposta al liquido da raffreddare. Scopri perché questo è molto più efficiente.

In uno scambiatore di calore a fascio tubiero, il refrigerante di solito scorre attraverso il “nucleo del tubo” centrale per raffreddare olio caldo, acqua o aria che passa sopra e intorno ai tubi. La direzione in cui i due fluidi attraversano lo scambiatore di calore può essere a “flusso parallelo” o “controcorrente”. In questo articolo spieghiamo perché il flusso contrario è più efficiente e perché Bowman raccomanda questo metodo durante l’installazione dei propri scambiatori di calore.

Parallelo o controcorrente – qual è la differenza?

L’indizio è nel nome; flusso parallelo è il punto in cui il fluido che deve essere raffreddato fluisce attraverso lo scambiatore di calore nella stessa direzione del mezzo di raffreddamento.

Anche se questa disposizione permette il raffreddamento, ha comunque dei limiti.

Ad esempio, se il fluido caldo in ingresso ha una temperatura di 100 °C e il mezzo di raffreddamento in entrata è di 30 °C, la differenza di temperatura media tra i due fluidi diminuisce. Questo perché il mezzo di raffreddamento in ingresso, che viaggia in parallelo con il fluido caldo, viene gradualmente riscaldato lungo la lunghezza dello scambiatore di calore e con l’acqua fredda introdotta in modo adiacente all’area più calda dell’unità, lo scambiatore di calore non può raffreddarsi arrivando ad una temperatura inferiore rispetto a quella del mezzo di raffreddamento stesso, come mostrato nella figura sotto.

Questa disposizione può anche creare stress termici all’interno dello scambiatore di calore, poiché metà dell’unità sarà sensibilmente più calda dell’altra.

In che cosa differisce il flusso contrario?

In un raffreddamento a flusso contrario, il mezzo di raffreddamento in ingresso assorbe il calore mentre il fluido “caldo” viaggia nella direzione opposta. Il mezzo di raffreddamento si riscalda mentre viaggia attraverso lo scambiatore di calore, ma quando l’acqua più fredda entra nello scambiatore di calore assorbe più calore, abbassando la temperatura ad un livello inferiore rispetto a quello che si potrebbe ottenere con un flusso parallelo.

Come mostra l’illustrazione seguente, la differenza di temperatura media tra il mezzo di raffreddamento e il fluido che si raffredda è molto più uniforme lungo la lunghezza dello scambiatore di calore, riducendo significativamente lo stress termico dell’unità.

Quindi, cosa vuol dire?

Anche se uno scambiatore di calore installato con flusso parallelo ridurrà la temperatura, non è affatto efficiente quanto una disposizione a flusso contrario e, per raggiungere la temperatura di uscita richiesta, potrebbe essere necessario uno scambiatore di calore più grande.

Al contrario, il flusso contrario è notevolmente più efficiente e, a seconda della portata e della temperatura, le prestazioni del trasferimento di calore potrebbero essere fino al 15% più efficienti, consentendo eventualmente uno scambiatore di calore più piccolo, risparmiando spazio e denaro!

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