Scambiatori di calore a fascio tubiero rimangono uno dei dispositivi di trasferimento termico più utilizzati in tutti i settori industriali, da quello petrolchimico e della produzione di energia a quello marino, farmaceutico e alimentare. Comprendere i diversi Tipi di scambiatori a fascio tubiero è essenziale per gli ingegneri, i team di approvvigionamento e i progettisti di impianti che desiderano selezionare apparecchiature che offrano prestazioni ottimali, durata ed efficienza economica.

Questa guida completa esplora tutte le principali classificazioni di scambiatori di calore a fascio tubiero, i loro principi di funzionamento, le applicazioni e i vantaggi. Troverete anche un'analisi dettagliata dei produttori su TOKO TECH, leader mondiale nella produzione di tubi coiled di precisione e di sistemi di tubazioni resistenti alla corrosione utilizzati in progetti avanzati di scambiatori di calore.

Indice dei contenuti

Introduzione agli scambiatori di calore a fascio tubiero

Uno scambiatore di calore a fascio tubiero è costituito da un guscio (recipiente esterno) che contiene un fascio di tubi. Due fluidi, uno che scorre all'interno dei tubi e uno che scorre all'esterno, scambiano calore per conduzione attraverso le pareti dei tubi. Grazie alla loro versatilità, alla resistenza meccanica, alla tolleranza alle alte pressioni e alla facilità di manutenzione, i sistemi a fascio tubiero sono utilizzati in:

• Impianti petrolchimici
• Piattaforme per petrolio e gas
• Industrie dell'energia e dell'elettricità
• HVAC e refrigerazione
• Desalinizzazione e trattamento delle acque
• Trattamento di alimenti, bevande e prodotti farmaceutici

Comprendere i numerosi Tipi di scambiatori a fascio tubiero contribuisce a garantire prestazioni termiche ottimali, rispettando al contempo i vincoli di processo, come l'intervallo di temperatura, la resistenza alla corrosione, la tendenza alle incrostazioni e i requisiti di manutenzione.

Classificazione dei tipi di scambiatori a fascio tubiero

L'industria classifica tipicamente gli scambiatori a fascio tubiero in base alle caratteristiche:

1. Costruzione a guscio

• Foglio a tubo fisso
• Design con tubo a U
• Design a testa galleggiante

2. Layout lato tubo

• Passaggio singolo
• Multi-pass
• Tubi arrotolati

3. Requisiti di pulizia e manutenzione

• Pulibile sul lato del guscio
• Pulibile sul lato del tubo

4. Gestione dell'espansione termica

• Espansione fissa
• Espansione fluttuante

Tenendo a mente questi fondamenti, analizziamo i più importanti Tipi di scambiatori a fascio tubiero in dettaglio.

Disposizioni di flusso negli scambiatori a fascio tubiero

1. Flusso contrario

I fluidi caldi e freddi si muovono in direzioni opposte, massimizzando l'efficienza del trasferimento di calore.

2. Flusso parallelo

Entrambi i fluidi si muovono nella stessa direzione, adatti ad approcci a temperatura moderata.

3. Flusso incrociato

Un fluido scorre perpendicolarmente all'altro, come accade spesso nei condensatori e nei refrigeratori.

4. Flusso multipass

Migliora il trasferimento di calore instradando il fluido sul lato del tubo attraverso passaggi multipli.

9 Tipi di scambiatori primari a fascio tubiero (spiegati)

Di seguito sono riportati i più diffusi Tipi di scambiatori a fascio tubiero, completo di principi di funzionamento, vantaggi e applicazioni ideali.

1. Scambiatore di calore a tubo fisso

È il tipo di scambiatore più semplice e più comune. I tubi sono saldati in modo permanente alle lastre tubolari, creando una struttura robusta in grado di gestire pressioni elevate.

• Basso costo e facilità di fabbricazione
• Adatto a fluidi puliti

2. Scambiatore di calore a U

In uno scambiatore con tubi a U, i tubi sono piegati a U, in modo che sia necessario un solo foglio di tubo. Questo design consente di compensare l'espansione termica in modo molto efficace.

• Ideale per differenziali ad alta temperatura
• Eccellente gestione dell'espansione termica

3. Scambiatore di calore a testa flottante

Utilizzato quando l'espansione termica o le sollecitazioni meccaniche sono forti. Un'estremità del fascio di tubi è libera di "galleggiare", evitando danni dovuti all'espansione.

• Perfetto per i fluidi sporchi che richiedono una pulizia frequente
• Più costoso ma molto resistente

4. Ribollitore a bollitore

Ampiamente utilizzati nella distillazione e nel trattamento chimico, i ribollitori a bollitore consentono ampie aree di disimpegno del vapore e funzionano in modo efficiente con carichi variabili.

5. Scambiatore a doppio tubo

Presenta due fogli di tubi per evitare la contaminazione incrociata, utilizzati nei settori farmaceutico, alimentare e dell'acqua ultrapura.

6. Scambiatore di calore a bobina elicoidale o a tubo spiralato

Uno scambiatore ad alta efficienza che utilizza tubi a spirale per una turbolenza superiore e un migliore trasferimento di calore. Questo design è in linea con le soluzioni avanzate di coiled tubing offerte da TOKO TECH.

• Elevata compattezza
• Eccellenti coefficienti di trasferimento del calore
• Ideale per installazioni in spazi limitati

7. Scambiatore di calore a fascio tubiero multiplo

Il fluido lato tubo viene convogliato attraverso disposizioni a 2, 4 o 6 passaggi per migliorare le prestazioni di trasferimento del calore.

8. Scambiatore a fascio tubiero rimovibile

Consente di rimuovere facilmente l'intero fascio di tubi per la manutenzione, ideale per i mezzi di incrostazione e per l'uso industriale pesante.

9. Scambiatori a flusso diviso e a flusso ripartito

Utilizza percorsi di flusso multipli sul lato del mantello per ridurre le perdite di carico e stabilizzare la distribuzione termica. Molto diffuso nei sistemi di raffreddamento ad energia e ad alta capacità.

Tabella riassuntiva: Tipi di scambiatori a fascio tubiero

Riflettori puntati sui produttori: TOKO TECH (tubi di precisione per scambiatori di calore a spirale)

Come scegliere il giusto tipo di scambiatore a fascio tubiero

1. Considerare le proprietà del fluido

La viscosità, la corrosività, la tendenza alle incrostazioni e le perdite di carico ammissibili influenzano la scelta dello scambiatore.

2. Condizioni di temperatura e pressione

I differenziali di temperatura elevati favoriscono i tubi a U o le teste flottanti per alleviare le sollecitazioni.

3. Requisiti di manutenzione

Se si prevede una pulizia frequente, i sistemi a fascio tubiero rimovibile o a testa galleggiante sono l'ideale.

4. Vincoli spaziali

Gli ambienti compatti traggono vantaggio dalla progettazione di bobine elicoidali e tubi a spirale, dove i tubi TOKO TECH eccellono.

5. Compatibilità dei materiali

I tubi ad alta lega, come i prodotti in nichel e acciaio inossidabile di TOKO TECH, aiutano a prevenire i guasti da corrosione.

Domande frequenti

1. Qual è il tipo di scambiatore a fascio tubiero più utilizzato?

Il design a lastra tubolare fissa è il più comune per il suo basso costo e la sua semplicità di costruzione.

2. Quale tipo gestisce meglio l'espansione termica?

Sia gli scambiatori a U che quelli a testa flottante si adattano molto bene all'espansione.

3. Quali industrie utilizzano maggiormente gli scambiatori a fascio tubiero?

Petrolio e gas, petrolchimica, centrali elettriche, HVAC, farmaceutica, industria alimentare e ingegneria navale.

4. Quanto è importante il materiale dei tubi?

La selezione dei materiali critici determina la resistenza alla corrosione, la durata e l'efficienza del trasferimento di calore.

5. Dove vengono utilizzati gli scambiatori a tubi elicoidali?

Sono utilizzati negli scambiatori di calore compatti, nei sistemi termici ad alta efficienza e negli ambienti che richiedono un'elevata turbolenza per un migliore trasferimento del calore.

Riferimenti

• Standard TEMA per gli scambiatori di calore
• Codice ASME per caldaie e recipienti a pressione