Cos’è uno scambiatore di calore e a cosa serve

Uno scambiatore di calore è un dispositivo molto comune, si trova nei condizionatori, nelle stufe, nei frigoriferi. Non solo, a volte è possibile trovarlo anche nei motori di auto o navi per risparmiare energia elettrica. Ne esistono diverse tipologie, come lo scambiatore di calore acqua acqua, che trasferisce un fluido caldo ad un fluido freddo, in modo da poter risparmiare più energia possibile dai gas di scarico. Andiamo a vedere esattamente di che si tratta e cosa dobbiamo sapere prima di sceglierne uno.

Cos’è uno scambiatore di calore

Uno scambiatore di calore è un dispositivo che permette ad un fluido di trasferire il calore ad un altro fluido senza farli entrare in contatto o mescolarli tra loro. L’obiettivo quindi è che i due fluidi rimangano separati, riscaldando o raffreddando gli edifici, facendo lavorare i macchinari in modo efficiente e garantendo un buon funzionamento degli impianti.

Quando pensiamo ai grandi impianti come le centrali elettriche, possiamo vedere come il calore si disperde all’esterno inutilmente. Si tratta di un grande spreco di energia che si può ridurre drasticamente con l’installazione di uno scambiatore di calore nei condotti di scarico. Può essere utilizzato anche per edifici più piccoli, ad esempio per riscaldare un ufficio o per raffreddare il motore degli autobus.

Le tipologie di scambiatori di calore

Uno scambiatore di calore trasferisce energia termica tra due fluidi a temperature diverse ma non sono tutti uguali, ne esistono di diverse tipologie. Si distinguono per alcune caratteristiche: profilo termico, modalità di contatto tra correnti, compattezza, tipo di processo. Tra questi fattori dobbiamo soffermarci ad esaminare la modalità di contatto tra le correnti, tra le più usate c’è quella a superficie, in cui i fluidi assorbono calore tramite la superficie dalla quale sono separati. A questa tipologia appartengono lo scambiatore a piastra e lo scambiatore a fascio tubiero.

Il primo, lo scambiatore di calore a piastre/alette è formato da delle lastre di metallo sottili o pinne con una grande superficie, in modo da permettere un veloce scambio di calore. In queste piastre sono presenti dei fori che trasferiscono il calore tra i due fluidi. Ogni piastra è composta da due lati, da una parte entra in contatto con il fluido freddo e dall’altra parte entra in contatto con il fluido caldo. Funziona in modo alterno grazie alla guarnizione, un esempio di questo funzionamento lo vediamo nelle caldaie a gas.

Il secondo, lo scambiatore di calore a fascio tubiero, funziona tramite un fluido che scorre in tubi metallici e un altro fluido che scorre in un involucro sigillato che li circonda. Grazie a dei diaframmi, ovvero dei setti verticali, il fluido che scorre all’interno del mantello potenzia lo scambio termico di tipo connettivo. Tramite questo processo i fluidi hanno più possibilità: possono andare in direzioni opposte o nello stesso verso, ma rimangono sempre separati.

Quale scambiatore di calore scegliere

Abbiamo visto diverse tipologie di scambiatori di calore, ma come si fa a scegliere quello giusto? In che modo possiamo sapere se è perfetto per le nostre esigenze? Dipende dalla singola situazione, dallo spazio e da altri fattori molto soggettivi.

Lo scambiatore a piastra ha un ingombro ridotto, flessibilità e un alto coefficiente di scambio termico. Si possono aggiungere nuove piastre quando si vuole, ma la presenza delle guarnizioni può rappresentare un limite, anche se sono comunque importantissime. Va considerata anche la turbolenza elevata che provoca un alto tasso di erosione delle superfici. Lo scambiatore a fascio tubiero al contrario ha dimensioni molto grandi e la sua forma lo rende adatto ad applicazioni in pressione.

La scelta quindi è molto personale e dipende da com’è strutturato il nostro spazio, da quali sono le nostre necessità e dalla potenza che cerchiamo dallo scambiatore di calore.