SCHIMBATOARE DE CALDURA CU SCHIMBATOARE DE CALDURA CU TEVI SI MANTA (TUBULARE)TEVI SI MANTA (TUBULARE)

Calculul constructiv:

Clasificarea constructiva → TEMA

(Tubular Exchanger Manufacturers Asociation)

Clasificare cu litere, functie de trei criterii:

Constructia capacului de distributie fix al aparatului;

Constructia si modul de circulatie al agentului termic in spatiul dintre tevi si manta (tipul mantalei);

Tipul capacului de capat

Clasificarea constructivaClasificarea constructiva

Alegerea principalelor elemente Alegerea principalelor elemente constructiveconstructive

Alegerea tipului de manta (TEMAE, TEMAF, ...); Alegerea capacului de distribuţie (tubular

fix/demontabil, elipsoidal, ...); Alegerea capacului de capăt; Alegerea şicanelor; Alegerea ţevilor:

Aşezarea ţevilor pe placa tubulară; Pasul dintre ţevi ;

Intrarea fluidului în manta; Alegerea numărului de treceri; Alegerea fluidului care va curge prin ţevi.

Alegerea tipului de mantaAlegerea tipului de manta Cel mai utilizat: cu o trecere (TEMAE) → F=max. → T=max.;

Schimbător cu două treceri prin manta (TEMAF) → şicană longitudinală → scurgeri importante de fluid → zonă scade; p2treceri ≈ 8. p1trecere→ schemele cu curgere separată simplă sau dublă (TEMA G şi H), cu reducerea însă a factorului de corecţie al diferenţei medii de temperatură F;

Dacă pierderea de presiune pe partea mantalei trebuie redusă se poate utiliza o manta cu curgere dirijată (TEMAJ), la care pierderile de presiune sunt de circa 8 ori mai mici decât la o manta tip TEMAE, reducându-se însă eficienţa termică a aparatului;

În cazul curgerii încrucişate fără şicane interioare (TEMAX) se pot obţine cele mai mici pierderi de presiune. Acest tip de manta se poate utiliza pentru condensarea vaporilor. cu presiune coborâtă;

Diametrul mantalei Dn=150…1200 mm (grosimea peretelui p = 4…12 mm).

Alegerea capacului de Alegerea capacului de distributiedistributie

Principalul criteriu de alegere : uşurinţa accesului la placa tubulară, în vederea curăţării sale ; Cel mai simplu acces (fiind recomandată în cazul fluidelor cu depuneri) : capac tubular

demontabil (TEMA A) ;

Pierderi de presiune locale mai mici (în special la un număr mai mare de treceri prin ţevi) : cu capac elipsoidal (TEMA B) ;

Construcţii speciale destinate presiunilor ridicate ale fluidului (TEMA D), fie realizează o reducere a numărului de flanşe şi corespunzător a greutăţii aparatului (TEMA C şi N).

Alegerea capacului de capatAlegerea capacului de capat

Soluţiile identice cu capacul de distribuţie (L, M, N) - sunt construcţii rigide care nu permit preluarea dilatărilor diferite ale mantalei şi ţevilor (max. 55°C, sau 80°C dacă se prevede o liră de dilatare pe manta ;

Ţevi în formă de U, ceea ce reprezintă cea mai simplă soluţie, însă cu mari dificultăţi de înlocuire şi curăţire interioară a ţevilor ;

Soluţiile cu cap mobil, (P, S, T, W), cu o complicare a soluţiei constructive însă cu o rezolvare a problemei preluării dilataţiilor diferite ale ţevilor şi mantalei.

Alegerea Alegerea şicanelorşicanelor Rolul: susţinerea ţevilor, prevenirea vibraţiilor acestora si mai ales al măririi vitezei de curgere

a fluidului peste ţevi, însoţită de intensificarea transferului de căldură convectiv. Cele mai folosite: şicanele simplu segment (a) (distanţă minimă = 0,1 .D, dar nu mai puţin de 50

mm, iar distanţa maximă dintre ele nu trebuie să depăşească 1.D). La alegerea distanţei între şicane trebuie să se ţină seama şi că pentru prevenirea vibraţiilor ţevilor distanţa între două susţineri succesive ale acestora trebuie să fie între (50…80).de ;

Dacă pierderile de presiune sunt prea mari sau sunt necesare mai multe suporturi pentru ţevi se pot utiliza şicanele dublu (b) sau triplu segment (c) sau să se elimine ţevile din fereastra şicanei, cu mărirea corespunzătoare a diametrului mantalei.

Alegerea corectă a mărimii părţii decupate a şicanei, pentru realizarea unei curgeri cât mai uniforme peste fasciculul de ţevi : se recomandă între 0,2.D dacă distanţa dintre şicane este 0,2.D şi 0,33.D, dacă această distanţă este 1.D (intre aceste limite - variaţie linera)

Alegerea Alegerea ţevilorţevilor Diametrul exterior, de=6…51 mm (grosimea peretelui p = 0,5…2,5 mm); d.p.d.v. al transferului

de căldură se indică utilizarea unor ţevi cu diametre mici, însă în multe cazuri diametrul minim al ţevilor este impus, pentru a putea realiza curăţarea mecanică a lor, la circa 20 mm, din aceleaşi considerente lungimea ţevilor limitându-se la 5 m (de/D)min=15);

Pasul dintre ţevi : s = (1,2…1,5).d; Spaţiul minim dintre diametrele exterioare ale ţevilor > 6 mm, pentru a permite curăţirea mecanică a acestora.

, Q, p ~ s (valoarea optimă a acestuia este o problemă tehnico-economică).

Aşezare ţevilor pe placa tubulară:

Aşezare în triunghi Aşezare în coridor Aşezare în şah sau în pătrate

s

60º

s

90º 90º

s

Intrarea fluidului Intrarea fluidului îîn mantan manta

Intrarea fluidului în manta se face prin ştuţuri speciale sudate pe aceasta. Dacă viteza fluidului este mare la impactul cu ţevile se poate produce o eroziune a acestora sau vibraţia lor. Pentru a se preveni acest efect se utilizează: plăci de protecţie (a şi c), ţevi de protecţie (b) sau un distribuitor inelar cu fereastră (d):

Alegerea numAlegerea număărului de trecerirului de treceri ntr = f (debitul care circulă prin ţevi şi viteza acestuia) → L/D <15;

Pentru un debit şi o viteză dată prin ţevi, dacă ntr ↑ → ntevi, D, p ↑, iar ↓

D [mm] 200 400…800 800…1200 > 1200

ntr, max 2 4…6 6…8 8…10

Alegerea fluidului care curge prin Alegerea fluidului care curge prin tevitevi

Gradul de murdărire; Coroziunea; Presiunea; Temperatura; Toxicitatea; Debit; Viscozitate; Pierderile de presiune.

Calculul constructivCalculul constructiv Schimbatoare de caldura teava in teava:

2mldnS trmedtr 1trn

mnd

Sl

trmedtr

eitrtr ddnl ,,,

1 trtr nn30

D

ltr

DA

NU

Calculul constructivCalculul constructiv

Schimbatoare de caldura cu tevi si manta:

21 mldnnS trmedttr

Dispoziţia ţevilor pe placa tubulară:

Aşezare în triunghi Aşezare în coridor Aşezare în şah sau în pătrate

s

60º

s

90º 90º

s

eds 5,125,1

D’

Dk

kdDD e 2'

mmk 1521

78,0' s

nCD tot

78,01C pentru aşezarea în triunghi 11C pentru aşezarea în pătrate sau şah

Calculul constructivCalculul constructiv

Schimbatoare de caldura cu tevi si manta:

2121 ,,,

,,,

mmww

ddS ei

112

11

4

wd

mn

it

1trn

1ttrtot nnn

2ei

meddd

d

totmedtr nd

Sl

eds 5,125,1

1

21

78,0' s

nCD tot

1

kdDD e 2'

15D

ltr

1 trtr nnNU

DARezultate

Calculul hidraulicCalculul hidraulic

2m

Nppppp gaccloclintot

Pierderile de presiune totale:

Pierderile de presiune lineare:

2

2

2 m

Nw

d

lfplin

o Regim laminar 2320Re: Re

64f (Stokes)

o Regim turbulent

d

k

;560

Re;10

Re;2320Re 21

- P e re ţi n e te z i h id ra u lic Re;ReRe 1 ff : 25,0Re3164,0 f (B la s iu s , 4 0 0 0 < R e < 1 0 5)

- P e re ţi se m iru g o ş i h id ra u lic Re,;ReReRe 21 ff : 25,0

Re

6811,0

f (A ltşu l)

- P e re ţi ru g o ş i h id ra u lic ff ;ReRe 2 : 25,011,0 f (S if r in so n )

Pierderile de presiune locale:

2

2

2 m

Nwploc

Pierderile de presiune prin accelerare:

2222

211

m

Nwwpacc

Pierderile de presiune geodezice (hidrostatice):

2m

Nhgpg

Calculul izolatiei termiceCalculul izolatiei termice

spizpsp

ei ddS

,,,

,,,,, 21

impusq l

alesiz

11

1

il d

R

i

e

pl d

dR ln

2

12

e

ize

izl d

dR

2ln

2

13

ize

spize

spl d

dR

2

22ln

2

14

25 22

1

spizel d

R

5

1ilil RR

l

cl R

ttq 21

mmiziz 1

1100

l

cll

q

qqNU

DA

Rezultate

di

de

diz

dsp t1

t2

tp1tp2

tp3tp4

p

iz

sp

1

2

ql