Cum funcționează schimbătoarele de căldură Explicați acel lucru
de Chris Woodford. Ultima actualizare: 26 martie 2020.
Ați văzut vreodată fâșii de fum care pluteau din coșurile de fum și v-ați întrebat câtă energie pompează inutil în aer? Poate mai puțin decât ai putea crede! Economisirea energiei este o problemă uriașă și costisitoare pentru șefii fabricii și este un motiv pentru care instalează deseori dispozitive numite schimbătoare de căldură pentru a salva cât mai multă căldură posibilă din gazele reziduale. Schimbătoarele de căldură au și multe alte utilizări familiare. Motoarele din mașini, nave și avioane folosesc schimbătoare de căldură pentru a funcționa mai eficient, cazanele pe gaz le folosesc pentru a încălzi apa fierbinte, iar dacă aveți un frigider sau un aparat de aer condiționat în casă, acestea folosesc și schimbătoare de căldură. Deci, ce anume sunt schimbătoarele de căldură și cum funcționează acestea? Să aruncăm o privire mai atentă!
Foto: Schimbătoarele de căldură sunt utilizate în multe motoare și mașini pentru a-și îmbunătăți eficiența. Fotografie de Michael J. Lieberknecht, prin amabilitatea US Navy.
Cuprins
- Ce este un schimbător de căldură?
- La ce se folosesc schimbătoarele de căldură?
- Tipuri de schimbătoare de căldură
- Care sunt cele mai bune materiale pentru un schimbător de căldură?
- Schimbător de căldură. sau nu?
- Află mai multe
Ce este un schimbător de căldură?
Să presupunem că aveți un cuptor de încălzire centrală pe gaz (cazan) care încălzește calorifere cu apă caldă în diferite camere din casa dvs. Funcționează prin arderea gazului natural, realizând o linie sau o rețea de jeturi de gaz fierbinte care trag în sus peste apa care curge printr-o rețea de conducte. Pe măsură ce apa pompează prin conducte, absoarbe energia termică și se încălzește. Acest aranjament este ceea ce înțelegem prin schimbător de căldură: jeturile de gaz se răcesc și apa se încălzește.
Un schimbător de căldură este un dispozitiv care permite trecerea căldurii dintr-un fluid (un lichid sau un gaz) către un al doilea fluid (un alt lichid sau gaz) fără ca cele două fluide să fie nevoite să se amestece sau să intre în contact direct. Dacă acest lucru nu este complet clar, ia în considerare acest lucru. În teorie, am putea obține căldura de la jeturile de gaz doar aruncând apă rece asupra lor, dar apoi flăcările s-ar stinge! Principiul esențial al unui schimbător de căldură este acela că acesta transferă căldura fără a transfera fluidul care transportă căldura.
Foto: Cum funcționează un simplu schimbător de căldură. Un fluid fierbinte (prezentat în roșu) curge printr-un tub înfășurat în interiorul unei carcase mai mari, prin care un alt fluid mai rece (prezentat în albastru) rulează în direcția opusă. Căldura este schimbată de fluide: fluidul fierbinte se răcește și fluidul rece se încălzește, fără ca acestea să intre în contact și să se amestece. Acesta este un exemplu simplificat de schimbător de tuburi și tuburi: în general, schimbătoarele de căldură de acest design au multe tuburi subțiri care trec printr-o carapace mare.
La ce se folosesc schimbătoarele de căldură?
Puteți vedea schimbătoare de căldură în tot felul de locuri, de obicei lucrând la încălzirea sau răcirea clădirilor sau ajutând motoarele și mașinile să funcționeze mai eficient. Frigiderele și aparatele de aer condiționat, de exemplu, folosesc schimbătoare de căldură în sens opus față de sistemele de încălzire centrală: elimină căldura dintr-un compartiment sau cameră în care nu se dorește și o pompează într-un fluid într-un alt loc unde poate fi aruncat de drum. Fluidul de răcire este complet sigilat în interiorul unei rețele de țevi, astfel încât nu intră niciodată în contact cu aerul: preia energie termică din aerul din interior și o aruncă în aerul exterior, dar nu se amestecă niciodată direct cu aerul respectiv.
Foto: O pompă de căldură extrage căldura dintr-un izvor termic geotermal natural, folosit pentru încălzirea clădirilor de la Hot Springs Lodge and Pool din Glenwood Springs, Colorado. Schimbătorul este placa acoperită cu alge plină de tuburi de cupru în centrul apei. Fotografie de Warren Gretz, prin amabilitatea US DOE/NREL (Departamentul Energiei/Laboratorul Național de Energie Regenerabilă).
În centralele electrice sau motoare, gazele de eșapament conțin adesea căldură care se îndreaptă inutil în aer liber. Aceasta este o risipă de energie și ceva ce un schimbător de căldură poate reduce cu siguranță (deși nu elimină în totalitate - o anumită căldură se va pierde întotdeauna). Modul de a rezolva această problemă este cu schimbătoarele de căldură poziționate în interiorul țevilor de evacuare ale evacuării sau a fumarelor. Pe măsură ce gazele de evacuare fierbinți se îndreaptă în sus, trec prin aripioare de cupru cu apă care curge prin ele. Apa duce căldura departe, înapoi în plantă. Acolo, ar putea fi reciclat direct, poate încălzi gazele reci care se alimentează în motor sau cuptor, economisind energia care altfel ar fi necesară pentru a le încălzi. Sau ar putea fi folosit la o altă utilizare bună, de exemplu, încălzirea unui birou lângă coșul de fum.
Foto: Cum funcționează un schimbător de căldură de apă uzată. Apele reziduale calde de ieșire încălzesc apa rece, reducând energia de care aveți nevoie pentru a încălzi apa și făcând totul mai eficient.
În autobuze, fluidul folosit pentru răcirea motorului diesel este adesea trecut printr-un schimbător de căldură, iar căldura pe care o recuperează este utilizată pentru încălzirea aerului rece din exterior, care este pompat din podeaua habitaclului. Acest lucru economisește necesitatea de a avea încălzitoare electrice suplimentare și risipitoare în interiorul autobuzului. Un radiator auto este un alt tip de schimbător de căldură. Apa care răcește motorul curge prin radiator, care are o mulțime de aripioare din aluminiu deschise spre aer. Pe măsură ce mașina circulă, aerul rece care trece pe lângă radiator îndepărtează o parte din căldură, răcind apa și încălzind aerul și menținând motorul funcționând eficient. Căldura uzată a radiatorului este utilizată pentru încălzirea habitaclului, la fel ca într-un autobuz.