Schimbatorele de căldură sunt aparatere concepute pentru a transfera căldura de la un loc la altul. Funcția lor este să extragă căldura dintr-o substanță fluidă, cum ar fi apă caldă sau aburi, și să o direcționeze spre alta, precum apa rece sau aerul. Procesul prin care căldura este transferată de la un fluid la altul se numește Transfer de Căldură. Deoarece schimbatorele de căldură sunt utilizate în multe locuri, cum ar fi fabricile, centralele electrice sau chiar casele noastre, ele devin foarte importante. Fără ele, cum am gestiona căldura în aceste sisteme?
Pentru a avea o imagine clară despre mecanismul de funcționare al schimbatorilor de căldură, câteva lucruri despre modul în care transferul de căldură funcționează sunt explicite. Căldura este o formă de energie care curge de la obiecte calde spre cele reci. Când atingi un cuptor fierbinte, de exemplu, căldura trece de la cuptor la mâna ta, ceea ce face ca aceasta să se simtă căldă. Iată o bună rază pentru a fi atenți la suprafețele fierbe. Există trei mecanisme ale mișcării căldurii - conductivitate, convecție și radiație.
Convecția are loc când căldura este transportată de fluide în mișcare, cum ar fi aerul și apa. Este un mecanism foarte important de transfer de căldură în cazul diferitelor tipuri de dispozitive, cum ar fi schimbătorii de căldură. De exemplu, apă caldă curge printr-un schimbător de căldură și prin convecție transmite căldura ei apei rece care curge, de asemenea, prin schimbător.
Este un proces de transfer de căldură numit radiație, care are loc fără orice contact direct între obiecte. De exemplu, consideră modul simplu în care Pământul se încălzește datorită soarelui. Acest lucru se datorează faptului că căldura din partea soarelui călătorește prin spațiu - dar deoarece nu există molecule într-un vid, aceasta încălzește planeta noastră fără să ne atingă.
Schimbătorii de căldură sunt minunați în sensul că pot să ajute la economisirea energiei. Ei extrag căldura dintr-o lichid cald și apoi o transmit pentru a curge într-un lichid rece, fără a pierde vreo energie. Într-un cuptor de proces - Este foarte evident și amplu utilizat, dar cu folosirea unui schimbător de căldură se poate economisi aproximativ 25 la 35% din energie; de exemplu, o fabrică care încălzește apa care trece prin mai multe etape/siveau în aceeași unitate, acum, deoarece este cald primul pas posibil alternativ rece al patrulea nivel astfel încât ar putea fi evitată sarcina unui încălzitor suplimentar. Astfel, nicio energie termică nu este risipită, ceea ce duce la economii semnificative pe cheltuielile lunare.
Diferența de temperatură între cele două lichide joacă un rol important în transferul de căldură. Cât mai mare este diferența de temperatură, atât mai multă căldură se transferă. De aceea este important să se proiecteze schimbătorul de căldură având în vedere diferența corectă de temperatură. Aceasta este o considerație importantă pentru ingineri pentru a se asigura că schimbătorul de căldură funcționează eficient.
Un design în special intrigant este schimbatorelor de căldură cu microcanale. O altă modalitate prin care aceste schimbatore de căldură pot fi descrise este că apar ca canale mici, doar câteva milimetri lărgi. Aceste canale mici sunt capabile să ofere o performanță termică bună într-un volum foarte mic datorită raportului ridicat suprafață-volum. Acest lucru le face candidați ideali pentru acest tip de schimb de căldură.