Come è facilmente intuibile dal nome gli scambiatori di calore sono utilizzati in ambito termotecnico per trasmettere energia termica da un fluido detto termovettore ad altri con temperature diverse. Ma anche da elementi gassosi e il loro funzionamento avviene anche all’opposto per eliminare energia termica quindi raffreddare.
La loro invenzione ha radici lontane nella storia, addirittura venivano utilizzati in epoca romana per riscaldare le acque del calidarium, le vasche delle terme tipiche e molto frequentate del tempo. Il calore proveniente da un forno veniva incanalato e fatto passare attraverso questi scambiatori alle lastre di pietra che erano appunto le vasche delle piscine.
Ovviamente per permettere che lo scambio avvenga correttamente ovvero che si raggiunga il risultato previsto è necessario rispettare alcuni parametri che tengono conto della dimensione della superficie di scambio e del coefficiente di scambio.
Per la scelta del giusto scambiatore termico bisogna tenere a mente non solo le caratteristiche esterne quindi le dimensioni e l’ingombro ma anche la pressione e le temperature e la velocità necessaria che i fluidi devono avere.
Nel tempo la termotecnica si è evoluta e in base alle diverse esigenze esistono ovviamente diverse tipologie di scambiatori che si classificano secondo alcune caratteristiche specifiche. Ormai gli scambiatori vengono utilizzati in molti e diversi ambiti della vita comune dall’industria agli impianti di riscaldamento e di refrigerazione degli ambienti domestici.
Gli scambiatori esistenti sono:
- scambiatore a doppio tubo, il più diffuso, che prevede lo scorrimento dei due liquidi in tubi vicini di diametri differenti attraverso i quali il calore passa dal liquido caldo a quello da riscaldare.
- gli scambiatori a superficie permettono di scambiare calore attraverso appunto una superficie. Formati da due compartimenti o lati, al cui interno scorrono i fluidi che permettono lo scambio termico.
- scambiatore a tubi e mantello che è formato da una serie di tubi in cui scorre un fluido che riscalda l’altro fluido che scorre esternamente ai tubi ma contenuto in un mantello appunto.
- lo scambiatore a piastre è innovativo e funziona attraverso lo scorrimento dei due fluidi all’interno di superfici lavorate a rilievo che disposte una accanto all’altra scambiano calore.
- scambiatore rigenerativo agisce attraverso la capacità di alcuni materiali che assorbono il calore durante il passaggio di un liquido per poi cederlo al successivo e immediato passaggio del liquido da riscaldare.
Serpentine
Uno dei principali componenti degli scambiatori più utilizzati è la serpentina ovvero un tubo di poco diametro e lunghezza elevata avvolto su se stesso dentro il quale scorre il liquido riscaldante o da riscaldare.
Le dimensione delle serpentine dipendono dalla necessità di calore da scambiare e spesso sono disposte in serie per aumentare lo scambio. Le serpentine permettono di scambiare calore tra liquidi ma anche con i gas e possono essere costruite in materiali diverse dal vetro all’acciaio.
Alcuni aspetti vantaggiosi degli scambiatori a serpentine sono la facilità di realizzazione e il ridotto ingombro oltre alla facilità di pulizia in quanto la particolare forma delle serpentine impedisce l’accumulo di sporco all’interno della superficie.
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