Nello scegliere uno scambiatore di calore, un fattore cruciale è considerare la compatibilità chimica e fisica della tipologia di fluidi con cui la macchina lavorerà con i materiali di costruzione dei vari componenti dello scambiatore stesso. La presenza di fluidi corrosivi, fluidi sporcanti, è un elemento da cui dipende fortemente non solo la resa di uno scambiatore, ma anche la sua durata nel tempo e il complessivo ciclo di vita della macchina termica.
Proseguiamo allora prendendo in considerazione la viscosità dei fluidi e il loro coefficiente di sporcamento, quello che tecnicamente viene chiamato fouling factor.
FLUIDI A BASSA VISCOSITÀ (ACQUA/ACQUA)
Cominciamo a prendere in considerazione il caso in cui i due fluidi coinvolti nello scambio termico abbiano entrambi viscosità bassa, inferiore a 10 cP: si tratta tipicamente del caso di scambio termico acqua/acqua. L’impiego di acqua di raffreddamento proveniente da fonti naturali comporta fenomeni anche importanti di sporcamento e corrosione negli scambiatori, per la presenza di particelle in sospensione nell’acqua. In questo caso, la scelta più appropriata è uno scambiatore di calore a piastre ispezionabili, che offre il vantaggio di poter essere smontato e pulito con estrema facilità. A seconda della natura dell’acqua, si procede quindi alla scelta dei materiali, che varia tra diverse leghe di acciaio inossidabile, leghe di nickel, leghe di acciai altolegate o materiali più nobili come il titanio, e in generale tutti i materiali stampabili a freddo.
MATERIALI DELLE PIASTRE
L’acciaio inox rappresenta una scelta obbligata in quanto è il materiale stampabile a freddo ‘meno nobile’, e in ogni caso preserva da problemi di corrosione o ossidazione.
La scelta inoltre si impone nel caso in cui l’impianto debba adeguarsi a normative alimentari.
Quando invece ci troviamo a dover utilizzare acqua salmastra, si dovrà propendere per materiali più pregiati come il titanio, che comporta un costo circa doppio rispetto alla tipologia in acciaio inox.
A parità di potenzialità, uno scambiatore a piastre ha il vantaggio di presentare un costo decisamente inferiore rispetto a uno scambiatore a fascio tubiero, soprattutto se prendiamo in considerazione i costi di gestione sul lungo periodo: infatti uno scambiatore a fascio tubiero in lega di rame ha un costo paragonabile a uno scambiatore con piastre in inox, ma di contro tenderà a corrodersi molto velocemente, rivelandosi molto più dispendioso in manutenzione. Inoltre, la scelta di uno scambiatore a piastre lascia libertà di potenziare la macchina termica aggiungendo nuove piastre al pacco di scambio, per soddisfare una nuova duty termica in seguito a variazioni nelle condizioni di lavoro (aumento di produzione, variazioni fisiche nelle condizioni dei fluidi), semplicemente aumentando la superficie di scambio con l’aggiunta di nuove piastre.
Nella scelta occorre anche valutare i limiti di pressione e temperature in gioco, assicurarsi che la tipologia dei fluidi sia compatibile con il materiale usato per le guarnizioni dello scambiatore a piastre e procedere a calcolare una superficie di scambio minima necessaria al trasferimento termico per determinare il dimensionamento. In caso di scarsità d’acqua naturale per il raffreddamento, è possibile infine abbinare questo tipo di macchina termica a una torre di raffreddamento o a un dissipatore ad aria (scelta da effettuare a seconda di fattori quali condizioni meteorologiche, costi energetici, disponibilità di acqua naturale o trattata) per assicurare il ricircolo dell’acqua una volta riportata alla temperatura richiesta dal ciclo termico asservito.
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