Sistema di recupero del calore per unità di compressione d'aria

Le unità di compressione dell'aria producono una grande quantità di calore di scarto durante il funzionamento e lo scopo principale del sistema di recupero del calore è riciclare questo calore di scarto. Ciò non solo migliora il tasso di utilizzo dell'energia e riduce i costi energetici dell'impresa, ma riduce anche l'inquinamento termico dell'ambiente.

Il sistema di recupero del calore comprende principalmente scambiatori di calore (come scambiatore di calore a tubi alettati), tubi di collegamento, valvole, sensori di temperatura, controller e altri componenti. Tra questi, lo scambiatore di calore è il componente principale, utilizzato per ottenere il trasferimento di calore.

Scambiatore di calore a tubi alettati
Caratteristiche strutturali
Sezione delle alette: la chiave per uno scambiatore di calore a tubi alettati risiede nel design delle alette. Le alette sono solitamente sottili lamiere metalliche (ad es. alluminio, rame, ecc.) che vengono strettamente avvolte o saldate alla superficie esterna del tubo di base (solitamente tubo d'acciaio). Esistono varie forme di pinne, come pinne piatte, pinne ondulate e pinne a spillo. Ad esempio, le alette piatte hanno una struttura semplice e sono facili da produrre; le alette ondulate possono aumentare il disturbo del fluido e migliorare l'efficienza del trasferimento di calore.
Sezione del tubo base: Il tubo base è il canale per il fluido interno e il suo materiale deve essere selezionato in base alla natura del fluido di lavoro (ad es. temperatura, pressione, corrosività, ecc.). Il tubo d'acciaio è il materiale più comunemente usato, ha un'elevata resistenza e una buona resistenza alla pressione. Anche il diametro e lo spessore della parete del tubo base influiscono sulle prestazioni di trasferimento del calore e sulla resistenza alla pressione dello scambiatore di calore.

Principio di funzionamento
Quando un fluido caldo (come olio o gas ad alta temperatura provenienti da un compressore d'aria) passa attraverso un lato dello scambiatore di calore a tubi alettati (solitamente l'interno del tubo), il calore viene condotto attraverso la parete del tubo alle alette . Poiché le alette hanno un'ampia superficie, sono in grado di trasferire rapidamente il calore al fluido freddo (ad esempio acqua, aria, ecc.) dall'altro lato. Il fluido freddo assorbe il calore e aumenta di temperatura consentendo così il recupero del calore. Ad esempio, in un tipico sistema di recupero del calore per un'unità di compressione dell'aria, l'aria compressa ad alta temperatura passa attraverso i tubi alettati e l'acqua fredda scorre all'esterno dei tubi alettati. Attraverso lo scambio di calore, la temperatura dell'acqua fredda aumenta e può essere utilizzata per altri scopi come il riscaldamento di processo o l'acqua calda sanitaria.

Fattori che influenzano l'efficienza dello scambio termico
Parametri delle alette: la spaziatura delle alette, l'altezza, lo spessore e altri parametri hanno un impatto significativo sull'efficienza del trasferimento di calore. Una minore spaziatura delle alette può aumentare l'area di trasferimento del calore per unità di volume, ma può anche portare ad una maggiore resistenza ai fluidi. Un'altezza adeguata delle alette può garantire un'area di trasferimento del calore sufficiente evitando eccessive perdite di resistenza. Ad esempio, quando si progetta uno scambiatore di calore a tubi e alette per il recupero di calore in un'unità di compressione dell'aria, se la spaziatura delle alette è troppo piccola e il flusso d'aria tra le alette è impedito, l'efficienza complessiva del trasferimento di calore potrebbe diminuire a causa di un riduzione della portata d’aria, anche se aumenta la superficie di scambio termico.
Portata del fluido: anche la portata dei fluidi freddi e caldi è un fattore chiave. Una portata maggiore può migliorare il trasferimento di calore convettivo del fluido, ma aumenterà anche la resistenza del fluido e il consumo di energia. Per lo scambiatore di calore a tubi alettati nel sistema di recupero del calore di un compressore d'aria, la portata del fluido deve essere ottimizzata in base alla situazione reale (ad es. carico termico, proprietà del fluido, ecc.). Ad esempio, quando si utilizza l'acqua come fluido freddo per il recupero di calore, aumentando opportunamente la portata dell'acqua si può accelerare l'assorbimento del calore, ma una portata troppo elevata comporterà un aumento del consumo energetico della pompa e una maggiore perdita di pressione nelle tubazioni sistema.
Conduttività termica del materiale: la conduttività termica delle alette e del tubo base influisce direttamente sull'efficienza del trasferimento di calore. I materiali con elevata conduttività termica (ad es. rame) possono condurre il calore dal lato del fluido caldo al lato del fluido freddo più rapidamente. Tuttavia, nella pratica, è necessario considerare anche il costo e la resistenza alla corrosione del materiale. Ad esempio, sebbene il rame abbia una conduttività termica più elevata rispetto all’acciaio, il costo inferiore dell’acciaio e la sua capacità di soddisfare i requisiti di trasferimento di calore in determinati ambienti non corrosivi hanno portato all’uso di una combinazione di tubi di base in acciaio e alette di alluminio in alcuni casi. sistemi di recupero del calore delle unità compressori.

Vantaggi dell'applicazione
Trasferimento di calore altamente efficiente: rispetto al normale scambiatore di calore a tubo leggero, lo scambiatore di calore a tubo alettato può recuperare il calore di scarto generato dalle unità di compressione d'aria in modo più efficiente grazie all'aggiunta di alette, che aumentano notevolmente l'area di trasferimento del calore. Ad esempio, nelle stesse condizioni di flusso del fluido e differenza di temperatura, la capacità di scambio termico dello scambiatore di calore a tubi alettati può essere diverse volte quella dello scambiatore di calore a tubi leggeri.
Struttura compatta: lo scambiatore di calore a tubi alettati ha una struttura relativamente compatta, che consente una grande capacità di trasferimento di calore in uno spazio limitato. Ciò è molto vantaggioso per i luoghi con spazio limitato, come le sale compressori d'aria, e può essere facilmente installato accanto all'apparecchiatura per ridurre la perdita di calore.
Forte adattabilità: può essere adattato allo scambio di calore di una varietà di fluidi, siano essi gassosi o liquidi caldi e freddi, può essere scambiato nello scambiatore di calore a tubi alettati attraverso una progettazione ragionevole dello scambio di calore. Può essere utilizzato, ad esempio, per lo scambio termico tra aria compressa e acqua nonché tra olio e aria ad alta temperatura.