Recuperatoare de Căldură

Introducere

Procesele industriale folosesc cantitati mari de combustibil şi energie electrică, care în cele din urmă produce căldură, o mare parte din acesta căldură este irosita fie în atmosferă sau în apă. Multe tipuri de echipamente au fost dezvoltat pentru a reutiliza o parte din aceste deşeuri

de căldură. Acest lucru poate economisi până la aproximativ 20 la sută din factura de combustibil anuală ale unei instalaţii şi, în unele cazuri, reduce

emisiile poluante . Cu toate acestea, în alte aplicaţii poate creşte poluanţii (de exemplu, pre-încălzirea aerului de ardere creşte temperatura de ardere, care poate creşte noxele).

Utilitatea deşeurilor de căldură este determinată de temperatura acestora; cu cât temperatura este mai mare cu atât aceste deșeuri sunt mai utile. Cele mai multe dispozitive de recuperare a căldurii trasferă un flux de caldura de la deșeurile cu temperatură ridicata spre un agent secundar cu temperatura mai scăzută. Ele pot permite fie creşterea temperaturii agentului secundar, sau pot schimba stare de agregare a agentului de la lichid la vapori, ca într-un cazan cu aburi. Toate aceste dispozitive pot fi clasificate în linii mari

ca și schimbătoare de căldură. Caldura reziduale poate, de asemenea, să fie utilizată prin trecerea gazelor fierbinţi printr-o turbina cu abur, pentru a genera energie electrică sau de a vehicula ventilatoare sau alte echipamente mecanice.

Echipamente de recuperare de căldură trebuie să ia în considerare temperatura şi presiunea, corozivitatea agentului primar si agentului secundar cât si prezenţa de materiale care ar putea împiedica desfasurarea schimbului de căldură. Oricare din aceste valori ar dicta utilizarea de materiale de construcţii şi criterii de proiectare speciale, rezultând costuri de implementare ridicate.

În plus, sursa de deşeuri calde și locația de utilizare a căldurii recuperate ar trebui să în mod rezonabil aproape.

Una din principalele componente ale marei majorităti de recuperatoare de căldură este schimbătorul de căldură. Un schimbător de căldură este un echipament de transfer termic, care transmite căldura de la un mediu la altul. Transmiterea căldurii între cele două medii se poate face printr-un perete solid, care le separă, sau se poate face prin amestecarea mediilor. Dacă mediile sunt în contact cu peretele despărțitor pe fețe diferite, căldura trecând prin perete, schimbătorul este de tip recuperativ, iar dacă mediile sunt în contact succesiv cu aceeași față a peretelui, căldura acumulându-se în perete și fiind cedată celuilalt mediu ulterior, schimbătorul este de tip regenerativ. Transferul de căldură are loc întotdeauna, conform principiului al doilea al termodinamicii, de la mediul mai cald la cel mai rece.

Tipuri constructive și clasificări:

După modul de transfer termic schimbătoarele se împart în schimbătoare de suprafață, la care transmiterea căldurii se face printr-un perete despărțitor, considerată suprafață de separație, cu o conductivitate termică cât mai mare și schimbătoare prin amestec, la care transmiterea căldurii se face prin amestecul mediilor. Deoarece sunt mai simple și mai eficiente, schimbătoarele prin amestec sunt preferate în toate cazurile în care fluidele se pot amesteca.

Transferul termic poate fi staționar în timp (continuu) sau nestaționar (periodic). Cele cu transfer continuu sunt realizate de obicei cu suprafață de separație și sunt numite recuperatoare, iar cele cu transfer nestaționar acumulează căldura într-o perioadă de timp și o restituie în alta, fiind numiteregeneratoare. Un alt tip de schimbătoare de căldură nestaționare sunt acumulatoarele, în care căldura este acumulată și livrată apoi la cerere. Suprafața de schimb de căldură poate fi realizată din țevi în fascicul tubular, de tip „țeavă în țeavă”, din țevi în formă de serpentină sau din plăci profilate. Suprafața poate să fie netedă sau cu nervuri, aripioare (suprafețe extinse). De-a lungul suprafeței, fluidele pot curge în același sens, caz în care se spune că curg în echicurent, sau în sensuri contrare, caz în care se spune că curg în contracurent. Există și scheme de curgere complexe, cum sunt curgerile în curent încrucișat, în care cele două fluide curg perpendicular unul pe altul, cu amestecarea șuvițelor de fluid pe partea respectivă a suprafeței (curgere amestecată) sau fără amestecarea lor (curgere neamestecată), și scheme mixte, cu una sau mai multe treceri. Simbolurile folosite în schemele termice care conțin schimbătoare de căldură erau standardizate conform STAS 2644-73, însă în 2009 acest standard a fost anulat, fără a fi înlocuit de un altul.