DIMENSIONAMENTO SCAMBIATORI DI CALORE A...

DIMENSIONAMENTO SCAMBIATORI DI

CALORE A FASCIO TUBIERO

(CENNI)

PREMESSA

1) NELLA PRATICA INDUSTRIALE SONO UTILIZZATI MOLTO FREQUENTEMENTE

SCAMBIATORI A FASCIO TUBIERO A PIU’ PASSAGGI LATO TUBO E LATO MANTELLO;

POICHE’ I CALCOLI RELATIVI A TALI SCAMBIATORI RISULTANO UN PO’ COMPLICATI,

CI LIMITEREMO ALL’ANALISI DEGLI SCAMBIATORI PIU’ SEMPLICI, OSSIA DEL TIPO

1:1 2) TECNICAMENTE SI POSSONO EFFETTUARE DUE TIPI DI CALCOLI:

CALCOLI DI VERIFICA: SI VERIFICA SE UNO SCAMBIATORE GIA’ ESISTENTE E’ IN

GRADO DI FUNZIONARE (OVVERO RIESCE A FARE LO SCAMBIO TERMICO

VOLUTO);

CALCOLI DI PROGETTO: LO SCAMBIATORE NON C’E’ E QUINDI VA PROGETTATO

EX-NOVO

NOI CI LIMITEREMO SOLO AI CALCOLI DI VERIFICA

3) VERIFICA DELLO SCAMBIATORE: COME GIA’ VISTO PER GLI HAIRPIN E’

NECESSARIA SIA LA VERIFICA TERMICA CHE LA VERIFICA IDRAULICA

VERIFICA TERMICA DI UN FASCIO TUBIERO

SI CONFRONTA UD TEORICO CON UD SPERIMENTALE

UD TEORICO

UD SPERIMENTALE

lo scambiatore risulta verificato termicamente quando:

CALCOLO UD TEORICO

CALCOLATO SU UNO DEI DUE FLUIDI

SUP. LATERALE DI UN TUBO * NUMERO TUBI

CALCOLO UD SPERIMENTALE

IN QUESTO CASO hi SI RIFERISCE AL LATO TUBI MENTRE he AL LATO MANTELLO

hi

he

come si vede la formula lato mantello cambia

leggermente e si introduce ancora il diametro idraulico

equivalente

CALCOLI LATO TUBO

CONVIENE RISCRIVERE ANCORA LA TABELLA

COSTANTI CALCOLATE ALLA T MEDIA PER OGNI FLUIDO

STESSI CRITERI PER STABILIRE L’INVIO DEI FLUIDI LATO TUBI/MANTELLO

CALCOLI LATO MANTELLO

DIAMETRO IDRAULICO EQUIVALENTE Deq

NEL CASO DEL FASCIO TUBIERO, IL CALCOLO DEL Deq SI EFFETTUA IN

FUNZIONE DELLA DISPOSIZIONE DEI TUBI NEL FASCIO

PASSO QUADRATO PASSO TRIANGOLARE

y = passo dei tubi (distanza tra i centri di due tubi consecutivi)

c = luce di passaggio (spazio libero tra i tubi)

CALCOLO Deq IN CASO DI PASSO QUADRATO

AREA DI PASSAGGIO PERIMETRO BAGNATO

SI PROCEDE CON LO STESSO METODO PER IL PASSO TRIANGOLARE

AREA DI PASSAGGIO PERIMETRO BAGNATO

PASSO TRIANGOLARE

CALCOLO AREA DI PASSAGGIO LATO MANTELLO

E’ UN CALCOLO NON IMMEDIATO, IN QUANTO RAPPRESENTA L’AREA LIBERA

DI PASSAGGIO A DISPOSIZIONE DEL FLUIDO LATO MANTELLO, CHE

LAMBISCE ESTERNAMENTE I TUBI E SCORRE ATTRAVERSO I DIAFRAMMI

FACCIAMO UNA SEZIONE VERTICALE DI UN FASCIO TUBIERO

SI OTTIENE UNA SEZIONE DI QUESTO TIPO:

VIA VIA CHE IL LIQUIDO PERCORRE IL

MANTELLO, PASSA PROGRESSIVAMENTE DA

ZONE AD AREA MAGGIORE A ZONE AD AREA

MINORE, CON AREA MASSIMA IN

CORRISPONDENZA DELLA META’ DELLO

SHELL

QUALE AREA DI PASSAGGIO

CONSIDERARE ?

Dis = diametro dello shell

c = y-de luce di passaggio

lb = distanza tra i diaframmi

NUMERO DI LUCI

AREA DI UNA LUCE

LATO TUBO LATO MANTELLO

passo dei tubi !!

VERIFICA TERMICA

tubii

tubip nd

A

4

2

,

VERIFICA IDRAULICA DI UN FASCIO TUBIERO

COME GIA’ DETTO, LA VERIFICA IDRAULICA CONSISTE

NEL CALCOLARE LE PERDITE DI CARICO LATO TUBI E

LATO MANTELLO E CONFRONTARLE CON QUELLE

MASSIME AMMISSIBILI DETERMINATE IN FASE DI

PROGETTO

SE LE PERDITE DI CARICO CALCOLATE SU

ENTRAMBI I LATI SONO INFERIORI A QUELLE

PROGETTUALI

LO SCAMBIATORE E’ VERIFICATO ANCHE DAL

PUNTO DI VISTA IDRAULICO

CONTINUE LATO TUBI f dal grafico*

Ltot=Ltubo x n

LOCALIZZATE LATO TUBI n= n° passaggi lato tubo

TOTALI LATO SHELL f dal grafico*

Ltot= Dis x n° diaframmi

n° diaframmi = Ltubi / lb

CALCOLO PERDITE DI CARICO

TOTALE LATO TUBI: LA SOMMA DI CONTINUE E LOCALIZZATE

DA CONFRONTARE CON QUELLE FISSATE IN FASE PROGETTUALE

* I diagrammi per il calcolo del coefficiente di attrito f sono i seguenti:

ESERCIZIO

20000 kg/h di un distillato a 35°API devono essere

raffreddati da 123 a 65°C mediante acqua di fiume che entra

a 26°C ed esce a 48°C. Si ha disponibile uno scambiatore a

fascio tubero tipo 1:1 avente Dis=49cm e contenente 204

tubi di acciaio ¾”BWG16 di lunghezza 4,85m disposti a

quadrato con passo di 1”. I diaframmi sono distanziati di 5”.

Verificare l’utilizzabilità di questo scambiatore sapendo che

le perdite di carico ammesse sono di 0,7 ata per entrambi i

lati.