Qual è la differenza tra scambiatori di calore controcorrente ed equicorrente, e perché si fa ricorso alle due tipologie di scambio termico?
Stiamo parlando di flussi dei fluidi negli scambiatori di calore, ovvero scambiatori che funzionano in controcorrente o in equicorrente. Il senso è chiaro nella parola stessa: in uno scambiatore controcorrente, i due fluidi che scambiano energia trasferendo calore tra loro passano nello scambiatore seguendo direzioni opposte.
Ciò è semplice da comprendere in uno scambiatore a piastre, dove controcorrente significa che un fluido scorre dall’alto verso il basso e l’altro dal basso verso l’alto. In uno scambiatore a fascio tubiero a singolo passaggio, abbiamo un mantello in cui un fluido scorre in una direzione, mentre nei tubi l’altro fluido scorre in direzione opposta. Diviene un poco più complicato da capire nel caso di uno scambiatore multi-passaggio. In uno scambiatore ad aria, infine, ovvero con pacco alettato, il flusso dell’aria scorre in direzione opposta a quella dell’acqua.
Equicorrente è esattamente il funzionamento opposto, entrambi i fluidi scorrono nella stessa direzione.
La differenza è che uno scambiatore che funziona in controcorrente ha coefficienti di scambio termico molto più elevati, consentendo di avvicinare molto la temperatura di uscita di uno dei fluidi alla temperatura in entrata dell’altro. Ciò vale sia nel processo di raffreddamento che di riscaldamento. Negli scambiatori a piastre, inoltre, lo scambio in flusso controcorrente consente anche l’incrocio delle temperature con coefficienti di scambio termico e resa termica molto superiori rispetto allo stesso incrocio delle temperature che è possibile avere in altre tipologie di scambiatori.
Lo scambio termico in equicorrente non consente invece l’incrocio delle temperature, in quanto le temperature dei due fluidi tenderanno ad avvicinarsi per tutta la durata del passaggio nello scambiatore, dall’inizio alla fine. Viene impiegato quando sono richiesti processi di riscaldamento, raffreddamento o scambio termico che non siano troppo drastici e invasivi, più soft quindi, con minore impatto termodinamico sul prodotto raffreddato o riscaldato. Questo accade ad esempio in scambi termici nelle produzioni farmaceutiche o nel settore alimentare, in cui il prodotto che viene raffreddato/riscaldato necessita di schemi termici che non presentino shock, che altrimenti potrebbero alterare il prodotto stesso e compromettere la qualità finale della produzione.
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