|
|
|
Dimensionarea tehnologica a schimbatoarelor de caldura cu fascicol de tevi
Principalele dimensiuni tehnologice ale unui schimbator de caldura multitubular sunt diametrul si inaltimea (lungimea). Diametrul schimbatorului, D, depinde de numarul de tevi iar inaltimea sau lungimea sa depinde de lungimea tevilor, l. Aceste dimensiuni tehnologice se determina din suprafata de transfer de caldura, care pentru acest tip de schimbator este data de relatia:
in care, n, este numarul de tevi iar d, este diametrul tevilor.
Examinand relatia se constata ca aceasta contine trei marimi necunoscute: numarul de tevi, diametrul si lungimea tevilor. Doua dintre aceste marimi se adopta iar cea de-a treia se calculeaza din relatia. Diametrul tevilor se adopta in functie de fluidul care trece prin tevi. Daca prin tevi circula un lichid se recomanda ca diametrul interior al tevilor sa fie cuprins intre 15-30 mm iar daca prin tevi circula un gaz sau vapori se adopta diametrul in jur de 50 mm. Cea de-a doua marime care se adopta depinde de modul in care se realizeaza schimbul de caldura intre fluidele care circula prin schimbator. Din acest punct de vedere exista doua situatii distincte:
- cand cel putin unul dintre fluide nu isi modifica starea de agregare in schimbator;
- cand ambele fluide isi modifica starea de agregare in schimbator.
a. Atunci cand cel putin unul dintre fluide nu isi schimba starea de agregare in schimbator, cea de-a doua marime care se adopta este numarul de tevi, n. Deoarece in cazul in care fluidul nu isi schimba starea de agregare, valoarea coeficientului individual de transfer de caldura, , depinde de regimul de curgere, numarul de tevi se adopta indirect astfel: se adopta o valoare convenabila a criteriului Reynolds, pentru fluidul care curge prin tevi, din care se calculeaza viteza in tevi, v:
Viteza fluidului este corelata cu debitul de fluid care curge prin tevi, prin relatia:
de unde:
Debitul masic de fluid, Mm, se determina din bilantul termic, daca nu este cunoscut. Dupa rotunjirea numarului de tevi pentru o dispunere convenabila pe placa tubulara, din relatia (VI.9) se calculeaza lungimea tevilor, care determina, in final, inaltimea sau lungimea schimbatorului.
b. Daca ambele fluide isi modifica starea de agregare in schimbator cea de-a doua marime adoptata este lungimea tevilor, l, conform indicatiilor din literatura de specialitate, iar din relatia (VI.9) se calculeaza numarul de tevi, n.
Diametrul schimbatorului se determina in functie de numarul de tevi, de pasul, t, (distanta dintre doua tevi adiacente) si de modul de amplasare al tevilor pe placa tubulara (hexagoane sau cercuri concentrice). Daca hexagonul sau cercul exterior nu este complet, determinarea diametrului se face grafic. Pentru schimbatoarele la care toate hexagoanele sau cercurile sunt complete, diametrul se poate determina prin calcul. Astfel, pentru o repartizare pe hexagoane, daca se noteaza cu, b, numarul de tevi de pe diagonala hexagonului exterior, cu, t, pasul si cu, e, distanta de la ultimul rand de tevi la peretele interior al mantalei, diametrul interior al mantalei schimbatorului se calculeaza cu relatia:
in care pasul, t, se adopta in functie de diametrul exterior al tevilor, dex , astfel incat
t=(1,2-1,5)dex.
Lungimea tevilor schimbatoarelor multitubulare nu trebuie sa depaseasca 6 m. Daca lungimea tevilor care rezulta din calcule (in cazul a) este mai mare, se folosesc diferite variante constructive de schimbatoare cu tevi. O astfel de varianta este si schimbatorul de caldura cu mai multe mersuri. In acest schimbator fluidul care circula prin tevi parcurge spatiul tubular de mai multe ori, intr-un sen si in sensul opus. Dirijarea fluidului printr-o fractiune din numarul total al tevilor se face cu ajutorul unor pereti despartitori etansi din capacele schimbatorului. Numarul de mersuri nu pate fi prea mare, deoarece cresterea numarului de tevi pe placile tubulara duce la cresterea diametrului mantalei si implicit a sectiunii de curgere prin spatiul intertubular, ceea ce conduce la scaderea vitezei, cu consecinte nefavorabile asupra valorii coeficientului individual de transfer de caldura. Pentru imbunatatirea transferului de caldura intre fluidul care circula prin manta si tevile fasciculului se monteaza, in spatiul intertubular, sicane transversale sau elicoidale. Acestea dirijeaza fluidul perpendilcular pe tevi, ceea ce imbunatateste transferul de caldura.
Daca lungimea calculata a tevilor este prea mare astfel incat ar rezulta un numar inacceptabil de mare de mersuri, se folosesc mai multe schimbatoare de caldura cu un singur mers, legate in serie, intocmai ca la schimbatoarele de caldura cu tevi coaxiale.
Cunoscad fluidele care circula prin schimbator, ca regula generala, prin tevi va fi dirijat fluidul cu temperatura mai mare, cu debitul mai mic, cu presiunea mai mare si cel care are tendinta de a depune crusta pe tevi. Vaporii si gazele care au volumul mai mare vor circula prin spatial intertubular.
