Schimbatoare de caldura cu serpentina

Schimbatoare de caldura cu serpentina

Fig. 2.2 Schimbatoare de caldura cu serpentina Fig2.3 Schema de montare a spiralei

a) cu spiralǎ arhimedicǎ; b) cu douǎ spirale concentrice

Vasele pot fi cilindrice sau tronconice cu fund drept sau bombat.Spirala ca suprafata de transfer este sustinuta pe un schelet metalic si de asemenea ea poate fi montata in exteriorul vasului, putand fi din teava (fig2.3.a), din jumatati de teava (fig2.3.b) sau din placi sudate (fig2.3.c).

Vasele paralelipipedice au la partea inferioara suprafete de transfer de caldura din teava indoita la 180^o intr-un singur rand sau in mai multe randuri suprapuse. Vasele pot avea sau nu agitatoare pentru uniformizarea temperaturii (fig2.4).

Fig.2.4 Spirala in vas paralelipipedic

In cazul curgerii libere viteza de curgere este o rezultanta dependenta de elementele constructive ale serpentinei si in special de pasul spiralei. Cand in spirala circula vapori la presiuni sub 5x10⁵ Pa se recomanda ca raportul .

Aparatul poate functiona in regim stationar sau nestationar (cu variatia temperaturii in timp si spatiu). In cazul regimului stationar nu trebuie sa apara fenomenul de acumulare, deci si lichidul din vas trebuie sa circule in mod continuu, in sensul ca debitul care se introduce trebuie sa se si elimine si temperatura intr-un punct oarecare sa fie continuu aceesi.

Coeficientii totali la transfer prin serpentine imersate in lichide sunt redeati in tabelul de mai jos:

Fluxul termic:

Daca incalzirea se face cu lichid in regim nestationar in timp si spatiu:

Daca incalzirea lichidului din vas se face pe baza condensarii unor vapori – regim nestationar in timp:

 , unde

Daca serpentina este in interiorul vasului trebuie considerate si pierderile de caldura in mediul exterior prin peretii vasului.

Calcul – in regim nestationar:

Suprafata de transfer: aria A este stabilita arbitrtar

durata operatiei τ se impune

determinarea elementelor geometrice: diametrul se determina in functie de debitul de lichid care curge prin serpentina si de viteza acestuia tinand cont de conditiile de curgere ce impun viteza.  

Lungimea totala L se determina din conditiile geometrice in functie de suprafata de transfer A si de diametrul minim al tevii d_m:

Diametrul mediu al spirei Arhimede D_s se alege in functie de diametrul vasului D_vas si de existenta eventuala a unui agitator.

Lungimea unei spire l:

Numarul de spire n:  

Inaltimea spiralei in vas H:

Pierderile de presiune Δp (se considera ca o spirala este construita din 4 curbe de 90^o cu raza mare de curbura):

, unde: n- numarul de spire

ξ- coeficient de rezistenta locala