Scambiatori di calore: caratteristiche e potenzialità di riscaldamento

Gli scambiatori di calore, conosciuti fin dall'epoca romana, erano gli elementi portanti per riscaldare l'acqua nelle terme e oggi come ieri, questa tipologia di impianto si contraddistingue per la stessa funzione, con bassi consumi e combustibile ecosostenibile.

Nel periodo della Res Publica romana, gli scambiatori di calore erano un elemento fondamentale per riscaldare l'acqua del calidarium all'interno delle terme: i fumi caldi generati dalla combustione della legna attraversavano delle lastre di pietra dove sul lato posto veniva fatta passare l'acqua da riscaldare che in questo modo prendeva il calore imprigionato sulle pietre. In seguito un rudimentale fascio tubiero, realizzato scavando un canale all'interno della pietra, sostituirà il primo impianto romano.
In tempi moderni, lo scambiatore di calore è un componente fondamentale dell'impianto di riscaldamento e climatizzazione, in cui si realizza lo scambio di energia termica tra due fluidi in differenti temperature: uno scambiatore, dunque, non produce energia, ma ne consente il transito da un liquido con un determinato livello di temperatura a un altro, solitamente uno caldo e uno freddo.

Funzionamento: il liquido con temperatura più bassa si scalda assorbendo il calore contenuto nella parete metallica durante il passaggio di scambio. In seguito, attraversando un canale di refrigerazione riprende la sua temperatura originale cedendo il calore imprigionato. Per questo motivo, gli scambiatori di calore si classificano in base alla tipologia di contatto con la quale avviene il riscaldamento dei fluidi:

  • gli scambiatori di calore a contatto o chiamati anche a miscela in cui i due fluidi si scambiano calore e materia, in quanto non separate da pareti e mescolandosi assumono la stessa temperatura;
  • gli scambiatori di calore di tipo rigenerativo in cui i fluidi vengono inviati alternativamente all'interno di una camera di mattoni inerti o in unità rotanti in lamierino;
  • gli scambiatori di calore a irraggiamento diretto in cui il calore viene ceduto sotto forma di energia radiante come nel sistema di pannelli solari;
  • gli scambiatori di calore a superficie in cui i fluidi, di temperature differenti, assorbono il calore dalle superfici dalle quali sono separati e con le quali sono separati.

Inoltre gli scambiatori di calore si suddividono in:

  • scambiatori di calore a doppio tubo in cui i fluidi scorrono in due tubi coassiali, uno interno e uno esterno;
  • scambiatori di calore a fascio tubiero e mantello in cui uno dei fluidi passa all'interno di tubi a sezione circolare, mentre l'altro in una camera chiamata mantello;
  • scambiatore a piastre in cui i fluidi scorrono nei lati opposti di una lamiera dotata di turbo latori e in camere alternate e isolate tra loro;
  • scambiatore di calore a spirale in cui i fluidi passano nei lati opposti di una lamiera in camere singole avvolte a spirale per rendere il processo maggiormente funzionale;
  • scambiatore di calore realizzato con blocchi di grafite o altro materiale attraverso i fori delle quali scorrono i fluidi, generalmente disposti ortogonalmente nei due lati del materiale;
  • scambiatore di calore a pacco alettato in cui uno dei fluidi scorre all'interno di tubi a sezione circolare, mentre l'altro scorre attraverso il pacco alettato nella parte esterna dei tubi.

Gli scambiatori di calore si differenziano anche per la funzionalità del tubo e ne è un chiaro esempio lo scambiatore di calore a tubo corrugato, una particolare tipologia di lavorazione eseguita sul tubo liscio per ottenere una superficie interna che garantisce una maggiore turbolenza termofluidodinamica nel moto dei fluidi all'interno, ottimizzando lo scambio termico negli scambiatori di calore tubulari e lo scambiatore a superficie raschiata, il quale garantisce delle elevate prestazioni nello scambio termico con prodotti impegnativi e un trattamento delicato sugli stessi, ottimizzando la sua funzionalità nella facilità di manutenzione e ispezione.

Quali le potenzialità dello scambiatore di calore?

Spesso la domanda che più assale durante e in seguito all'acquisto di uno scambiatore di calore è il conoscere le potenzialità dell'impianto appena installato. Ebbene, tale fattore dipende dalle condizioni operative nelle quali viene utilizzato e ciò significa che lo stesso scambiatore può essere utilizzato con un basso potenziale per scambiare una potenzialità limitata di calore, ma con un incrocio spinto di temperature dimensionando lo scambiatore di calore per un servizio elevato termicamente e dalle potenzialità dei componenti dello stesso impianto come la caldaia, la torre evaporativa, la centralina.
Infatti, è necessario ricordare che lo scambiatore di calore non genera calore, ma lo può solo scambiare o trasferirlo da un fluido all'altro di differenti temperature e un chiaro esempio ne è che uno scambiatore da 1000 KW, collegato a una caldaia di portata 500 KW scambierà calore e energia per 500 KW.

Autore

Dott.ssa Maria Francesca Massa

Visualizza l'elenco dei principali articoli

(Clicca sulla cartella per espandere più articoli)