Tipologie e classificazione degli scambiatori di calore e analisi delle loro prestazioni mediante il metodo della Differenza di Temperatura Media Logaritmica (LMTD) e il metodo dell’Efficienza-NTU

A heat exchanger is a heat transfer device that allows heat exchange between two or more fluids. Heat exchangers have widespread industrial and domestic applications: many types of heat exchangers have been developed for use in steam power plants, chemical processing plants, building heat and air conditioning systems, transportation power systems, and refrigeration units. Heat exchangers are often classified based on the application for which they are intended: in particular, based on their application, they can be defined as boilers, steam generators, condensers, radiators, evaporators, cooling towers, regenerators, recuperators, heaters, and coolers. The specialized requirements of the various applications have led to the development of many types of construction, some of which are unique to particular applications. In order to obtain a predictive analytics of the performance of a heat exchanger, Logarithmic Mean Temperature Difference (LMTD) method can be used: it is based on the measuring of the logarithmic mean temperature difference, and it allows to define the appropriate dimension of the heat exchanger when input and output data (flow, temperature and specific heat) of the fluids are known. The Effectiveness-NTU (Number of Transfer Unit) method is an other useful method that can be used in order to define the dimension of a heat exchanger: it is based on the measuring of the effectiveness of the heat exchanger and on the value of the parameter NTU. It allows to measure the exchanged thermal power and the output data of the fluids, when input data of the fluids and heat exchanger type and dimension are known.

Uno scambiatore di calore è un dispositivo di trasferimento di calore che consente uno scambio termico tra due o più fluidi. Gli scambiatori di calore sono estremamente diffusi sia in applicazioni industriali sia in applicazioni domestiche: diversi tipi di scambiatori di calore sono stati sviluppati per l’utilizzo in centrali elettriche a vapore, in impianti di lavorazione chimica, in sistemi di riscaldamento e condizionamento degli edifici, in sistemi di alimentazione per sistemi di trasporto, e in unità di refrigerazione. Gli scambiatori di calore vengono spesso classificati sulla base dell’utilizzo al quale sono destinati: in particolare si individuano, sulla base dell’impiego, boiler, generatori di vapore, condensatori, radiatori, evaporatori, torri di raffreddamento, rigeneratori, recuperatori di calore, riscaldatori e refrigeratori. Le specifiche richieste dei vari ambiti di utilizzo hanno portato allo sviluppo di diverse tipologie costruttive, alcune delle quali sono caratteristiche di particolari applicazioni. Al fine di ottenere un’analisi predittiva delle prestazioni di uno scambiatore di calore, è possibile utilizzare il metodo della Differenza di Temperatura Media Logaritmica (LMTD): esso si basa sulla determinazione della differenza media logaritmica di temperatura, e permette di definire la dimensione adatta dello scambiatore quando sono noti i dati dei fluidi (portate, temperature e calori specifici) in ingresso e uscita. Un ulteriore metodo molto utile per determinare le dimensioni di uno scambiatore di calore è il metodo dell’Efficienza-NTU (Number of Transfer Unit): esso si basa sulla determinazione dell’efficienza e sul valore del parametro NTU. Questo metodo permette di determinare la potenza termica scambiata e i dati in uscita dei fluidi quando sono noti i soli dati in ingresso dei fluidi e la tipologia e le dimensioni dello scambiatore di calore.