Uno scambiatore a piastre è un componente fondamentale utilizzato in vari sistemi di riscaldamento e raffreddamento per trasferire calore tra due fluidi senza che questi vengano a contatto diretto.
Questo tipo di scambiatore è costituito da una serie di piastre sottili e corrugate, disposte in modo tale da creare canali attraverso i quali i fluidi possono fluire. Grazie alla loro alta efficienza e alla compattezza, sono ideali per applicazioni dove lo spazio è limitato e l'efficienza energetica è una priorità.
Come Collegare Correttamente uno Scambiatore a Piastre Nordic Tec?
Gli scambiatori a piastre Nordic Tec sono dotati di frecce sulla targhetta identificativa che ricordano all’installatore che il collegamento deve rispettare il principio del controcorrente: gli scambiatori Nordic Tec sono dispositivi controcorrente. Questo significa che i fluidi che attraversano lo scambiatore nei due canali devono scorrere in direzioni opposte tra loro.
Non rispettare il principio del controcorrente è uno degli errori più comuni durante l'installazione e comporta un notevole calo dell'efficienza dello scambio termico.
La risposta è semplice: possiamo tranquillamente invertire la direzione del flusso, poiché i canali dello scambiatore a piastre (almeno per quanto riguarda gli scambiatori NORDIC TEC) hanno la stessa capacità di passaggio in entrambe le direzioni. Le frecce hanno solo una funzione di promemoria e non sono vincolanti per l’installatore o per l’utente.
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Indipendentemente dalla situazione, lo scambiatore di calore deve essere montato in posizione verticale.
Si consiglia l'uso di staffe di montaggio dedicate agli scambiatori a piastre, che garantiscono la posizione verticale e una collocazione sicura, priva di vibrazioni.
Lo schema di collegamento di uno scambiatore a piastre è piuttosto semplice, purché si rispettino le regole fondamentali: controcorrente e posizione verticale. Questo è illustrato nel disegno sottostante. Mostra il lato della fonte di calore (freccia rossa) e il lato di utilizzo (freccia blu).
Secondo lo schema, i fluidi nello scambiatore non devono scorrere nella stessa direzione, ma devono fluire in direzioni opposte.
Schema di Collegamento Semplificato
Lo schema di collegamento degli scambiatori a piastre controcorrente Nordic Tec riportato qui sotto è semplificato, ma copre completamente la questione.
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Il dimensionamento corretto di uno scambiatore a piastre è fondamentale per garantire l'efficienza del sistema.
- Carico termico: Determinare il carico termico totale che lo scambiatore dovrà gestire.
- Portata dei fluidi: Calcolare la portata dei fluidi in litri al minuto (LPM).
Selezione e Parametri Importanti
La prima e più importante informazione è che il corretto funzionamento dello scambiatore in un impianto inizia con una selezione adeguata del dispositivo. È necessario scegliere il modello adeguato, tenendo conto del parametro più importante dello scambiatore, ossia la superficie di scambio termico, e non solo della potenza nominale (kW). Un dispositivo selezionato correttamente deve essere sovradimensionato in modo appropriato. In caso di sottodimensionamento dello scambiatore, anche un collegamento e un uso corretto non garantiranno il risultato atteso.
La targhetta contiene il nome del modello, che per gli scambiatori di calore a piastre tradizionali di Nordic Tec inizia con le lettere "Ba" (ad esempio, Ba-32-20). Il numero centrale indica la superficie di una singola piastra (per Ba-32-20 è 0,032 m²). Di seguito sono riportati i valori limite, come la pressione di esercizio e altri parametri simili. A questo punto è necessario verificare che il sistema in cui verrà installato lo scambiatore di calore non superi i parametri consentiti.
L'etichetta dei dati presenta delle frecce che suggeriscono un collegamento in controcorrente. Lo scambiatore di calore a piastre Nordic Tec è effettivamente un dispositivo a flusso in controcorrente, il che significa che raggiunge la sua massima efficienza solo quando i fluidi al suo interno scorrono in direzioni opposte (come indicato dalle frecce sull'etichetta). Se i principi della controcorrente non vengono rispettati, lo scambiatore di calore non funzionerà correttamente, rendendo inefficiente l’intero sistema.
IMPORTANTE - Se collegare secondo le frecce rappresenta un problema, è necessario invertire lo scambiatore di calore e collegarlo nella direzione opposta. In questo caso si cambia la direzione del flusso, ma per mantenere la controcorrente è necessario farlo in entrambi i canali.
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Uno dei canali è destinato al lato riscaldante, che solitamente rappresenta il circuito del dispositivo di riscaldamento, come una caldaia, un camino, una pompa di calore o un pannello solare. L'altro canale è invece destinato al circuito che riceve il calore. Nel caso del marchio Nordic Tec, non è importante quale canale venga scelto per ciascun circuito.
Garanzia e Raccomandazioni
La garanzia è di 60 mesi e copre i difetti di fabbricazione o dei materiali. In pratica, è fondamentale collegare lo scambiatore secondo le regole tecniche e le raccomandazioni del produttore. Uno scambiatore di calore non deve essere esposto a variazioni eccessive di pressione e temperatura. Inoltre, deve essere protetto dalle vibrazioni e fissato saldamente alla parete. Lo scambiatore di calore deve essere installato in posizione verticale (cioè in piedi). L'installazione dello scambiatore in un'altra posizione, come orizzontale, non garantisce una corretta sfiatatura del dispositivo e può portare a ostruzioni o a un cattivo trasferimento di calore se le bolle d'aria non riescono a fuoriuscire.
Il produttore raccomanda assolutamente l'uso di filtri, anche se non specifica il tipo di filtro. I filtri devono essere installati su entrambi i lati dello scambiatore, indipendentemente dal fatto che siano presenti anche in altre parti dell'impianto. Nella maggior parte dei nuovi impianti è sufficiente un semplice filtro a rete, ma la scelta del filtro e la responsabilità sono a carico della persona che ha effettuato l'ispezione dell'impianto e ha valutato, con competenza, i rischi potenziali.
Lo scambiatore può funzionare anche senza valvole a sfera installate, ma è consigliabile posizionarle su entrambi i lati dello scambiatore, così da poter chiudere e interrompere il flusso d'acqua, permettendo la rimozione del dispositivo dall'impianto senza dover scaricare l'intero sistema. Questo è utile, ad esempio, per la pulizia periodica dello scambiatore o in caso di guasti o perdite.
Anche i termometri non sono indispensabili, ma la loro presenza su entrambi i lati permette di valutare l'efficienza dello scambio termico, monitorando la perdita di calore. Se la perdita aumenta, si ha un’indicazione sulla necessità di pulizia o sostituzione del dispositivo.
L'isolamento termico per scambiatori è consigliato, ma se l’obiettivo è ridurre i costi dell'installazione, lo scambiatore funzionerà comunque correttamente anche senza isolamento (purché sia scelto e installato correttamente). Il produttore Nordic Tec utilizza il tipo di filettatura più comune, ovvero la filettatura esterna di tipo BSP.
Si consiglia di installare uno sfiato nelle vicinanze dello scambiatore, posizionato naturalmente più in alto rispetto al dispositivo.
Manutenzione e Durata
Gli scambiatori di calore Nordic Tec sono dispositivi longevi, ma per garantirne la durata è essenziale una corretta selezione, installazione e utilizzo.
- Evitare la contaminazione dell'impianto e dello scambiatore in generale.
- Non superare la pressione di esercizio e le temperature massime consentite.
- Evitare brusche variazioni di pressione e temperatura.
- Effettuare la pulizia periodica dello scambiatore: negli impianti di riscaldamento, dovrebbe essere pulito una volta all'anno; negli impianti di acqua calda sanitaria (ACS), ogni 18 mesi.
Tipi di Scambiatori di Calore
Gli scambiatori di calore sono dei dispositivi fondamentali per il risparmio energetico e la riduzione delle emissioni di gas serra.
Sono costituiti da una serie di piastre metalliche corrugate che formano dei canali per il passaggio dei fluidi. Le piastre sono tenute insieme da un telaio e sono sigillate con delle guarnizioni o saldobrasati. Questo tipo di scambiatore ha il vantaggio di avere una grande superficie di scambio e una bassa caduta di pressione. Inoltre, le piastre possono essere facilmente smontate e pulite in caso di incrostazioni o contaminazioni.
Gli scambiatori di calore a piastre sono adatti per fluidi con bassa viscosità e bassa corrosività, come acqua, olio, latte, ecc. Sono usati in vari settori, come il riscaldamento, il condizionamento, l’industria alimentare e chimica.
Sono composti da un involucro cilindrico al cui interno scorrono dei tubi disposti in modo parallelo o alettato. I tubi possono essere lisci o corrugati e possono avere diverse configurazioni (a uno o più passaggi, a U o a Z). I fluidi possono scorrere sia all’interno che all’esterno dei tubi, creando diverse modalità di scambio (a flusso incrociato, parallelo o controcorrente). Questo tipo di scambiatore ha il vantaggio di essere robusto e resistente alle alte pressioni e temperature. Inoltre, può gestire fluidi con alta viscosità e corrosività, come vapore, gas, acidi, ecc.
Sono formati da due nastri metallici avvolti in modo elicoidale attorno a un asse centrale. I nastri creano due canali separati per il passaggio dei fluidi, che scorrono in senso opposto (a controcorrente). Questo tipo di scambiatore ha il vantaggio di avere una elevata efficienza termica e una buona capacità di auto svuotamento. Inoltre, può trattare fluidi con solidi in sospensione o con tendenza alla formazione di schiume, come fanghi, melasse, succhi di frutta, ecc.
Gli scambiatori di calore a piastre sono tra i più richiesti del mercato per via della loro efficienza e particolare facilità di pulizia e manutenzione.
Principi di Funzionamento
Il funzionamento degli scambiatori di calore dipende dalle leggi naturali della fisica che stabiliscono che l’energia in un sistema tende sempre a raggiungere l’equilibrio. Lo scopo di uno scambiatore di calore è infatti quello di trasferire il calore presente in un liquido o gas caldo a uno freddo attraverso una superficie che li separa.
Il trasferimento di calore può avvenire attraverso tre modalità: radiazione (ovvero quando energia è trasferita attraverso radiazione elettromagnetica), conduzione (quando l’energia è trasferita attraverso il movimento di atomi o molecole) e convezione (attraverso il mescolamento dei fluidi). La convezione può essere naturale o forzata, a seconda che il movimento di fluidi sia dettato dalle differenze di densità o da fattori esterni come pompe.
Questi scambiatori sono composti da una serie di piastre sottili di metallo o pinne, che hanno una grande area di superficie. Ogni “piatto” dello scambiatore è dotato di fori attraverso i quali i fluidi possono passare e scambiare calore. Questi fori sono progettati in modo tale che i fluidi scorrono in modo coerente e senza mescolarsi. Le piastre sono disposte in modo tale da avere un lato a contatto con il fluido caldo e l’altro lato a contatto con il fluido freddo. Per evitare la miscelazione dei fluidi, le piastre sono sigillate tra loro, garantendo la tenuta dei canali tra le piastre.
Grazie alla loro efficienza e alla loro facilità d’uso, gli scambiatori a piastre sono diventati una soluzione preferita per lo scambio di calore in molte industrie.
Gli scambiatori di calore a piastre con guarnizioni industriali sono stati appositamente progettati per l’uso con fluidi che non possono essere miscelati.
L’assemblaggio delle piastre avviene mediante un processo di brasatura, che coinvolge il riscaldamento delle piastre e l’utilizzo di un metallo di riempimento per creare un forte legame tra le piastre stesse. Gli scambiatori di calore a piastre saldobrasati rappresentano una soluzione efficace per il trasferimento di calore in modo efficiente e con il minimo ingombro.
Nell’industria chimica, vengono utilizzati per riscaldare o raffreddare i fluidi coinvolti nei processi di produzione, purificazione e sintesi. Nell’industria farmaceutica, gli scambiatori sono utilizzati per riscaldare o raffreddare i fluidi utilizzati nella produzione di farmaci, tra cui prodotti biologici e farmaci di ogni tipo. Nell’industria alimentare, sono impiegati per il controllo della temperatura dei prodotti alimentari, come il latte, i succhi di frutta e gli alimenti in scatola.
Pneumatic Ind-Tech fornisce soluzioni avanzate e assistenza tecnica per il raffreddamento e il trattamento dell’acqua, dell’aria e dell’olio.
Parliamo oggi di scambiatori mono passaggio e multi passaggio. A differenza delle immagini di scambiatori a piastre che siamo soliti vedere, con i tradizionali quattro attacchi sulla sola parte frontale dello scambiatore, esiste anche una tipologia di scambiatori dotati di attacchi su due lati, fronte e retro. Si tratta di una sorta di ‘trucchetto’, che consente di allungare le piastre per ottenere una lunghezza molto superiore, di fatto il doppio rispetto all’altezza dello scambiatore.
Di contro, l’espediente porta con sé qualche inconveniente, ad esempio un inevitabile aumento delle perdite di carico. Un’altra conseguenza dell’installazione di scambiatori multi passaggio è il fatto di ritrovarsi con attacchi fronte e retro sullo scambiatore. Anche qui è però possibile bypassare il problema, montando delle curve a 90° e portando le valvole fuori dalla sagoma dello scambiatore.