Indicatori de calitate ai aparatelor schimbatoare de caldura

Indicatori de calitate ai aparatelor schimbatoare de caldura

Pentru anumite conditii impuse de procesul tehnologic, alegerea aparatului schimbator de caldura optim se face pe baza unor criterii (indicatori de calitate) : satisfacerea parametrilor tehnico-functionali (temperatura, presiune, mediu de lucru etc.), eficienta termica, randament energetic, respectiv, exergetic, parametrii tehnico-economici etc.

Intr-un aparat schimbator de caldura exista trei categorii de pierderi :

- pierderi de temperatura in procesul de transfer de caldura datorita diferentei finite de temperatura intre cele doua fluide de lucru ;

- pierderi de flux termic in mediul ambiant prin peretii sau izolatia termica a aparatului ;

- pierderi de presiune datorita invingerii rezistentelor hidraulice la curgerea celor doua fluide prin aparat.

Pentru anumite conditii impuse de procesul tehnologic, alegerea aparatului schimbator de caldura optim se face pe baza unor criterii: satisfacerea parametrilor tehnico - functionali (temperatura, presiune, mediu de lucru etc.), eficienta termica, randament energetic, respectiv, exergetic, parametrii tehnico - economici etc.

Eficienta termica a unui aparat schimbator de caldura reprezinta raportul dintre fluxul de caldura transmis efectiv intre fluide, Q, si fluxul maxim de caldura ce poate fi transmis in conditiile date (S ¥), Q_max:

(5.44)

Fluxul de caldura transmis intre fluide depinde de schema de circulatie a acestora prin aparat:

- pentru curgerea in echicurent:

(5.45)

- pentru curgerea in contracurent:

(5.46)

Rezulta temperatura finala a fluidului cald in cele doua cazuri:

- pentru curgerea in echicurent:

(5.47)

- pentru curgerea in contracurent:

(5.48)

Dar, temperatura finala a fluidului cald mai poate fi calculata si din ecuatia de bilant termic pe aparat:

(5.49)

Rezulta:

- pentru curgerea in echicurent:

(5.50)

- pentru curgerea in contracurent:

(5.51)

Ecuatia de bilant termic pe aparat este:

(5.52)

Rezulta fluxurile de caldura transmise intre cele doua fluide:

- pentru curgerea in echicurent:

(5.53)

- pentru curgerea in contracurent:

(5.54)

Fluxul maxim de caldura transmis intre cele doua fluide se obtine pentru S ¥; prin urmare:

- pentru curgerea in echicurent:

(5.55)

- pentru curgerea in contracurent:

(5.56)

Eficienta termica a aparatului, functie de schema de circulatie a fluifelor va fi:

- pentru curgerea in echicurent:

(5.57)

- pentru curgerea in contracurent:

(5.58)

Eficienta termica pune in evidenta in ce masura suprafata de transfer de caldura, S, este optima sau necesitatea intensificarii transferului de caldura prin marirea coeficientului total de transfer de caldura, k.

Randamentul energetic (coeficientul de retinere a caldurii in aparat), h_r, se determina din ecuatia de bilant termic:

(5.59)

(5.60)

Randamentul energetic evalueaza pierderile de flux termic in mediul ambiant prin peretii sau izolatia termica a apartului, . Are semnificatia unui randament al izolatiei termice. Pentru aparatele izolate corespunzator, are valorile h_r

Randamentul exergetic este definit ca raportul dintre cresterea exergiei fluidului rece si scaderea exergiei fluidului cald. Rezulta din ecuatia de bilant exergetic:

, (5.61)

unde P reprezinta pierderile de exergie care insotesc transferul de caldura in aparat.