Verifica condizioni di funzionamento scambiatore di calore

tzadik

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Ciao a tutti,

ho uno scambiatore di calore che mi sta dando qualche grattacapo.

Premessa: lo scambiatore di calore in sé è già esistente.
Quindi mi ritrovo a dover fare una stima di portata di fluido freddo e temperature in ingresso, tali da garantire un Δt desiderato.

Il fluido freddo è acqua.
In generale su questo tipo di scambiatore ho una certa flessibilità con la temperatura in ingresso dell'acqua... diciamo tra gli 8°C e i 12° C (ho già un chiller a monte abbondamente sovradimensionato).

Lo scopo è quello di raffreddare fluidi viscosi non newtoniani. Viscosità μ= 30÷50 Pa·s.

Il cliente non mi da molte informazioni sulle proprietà fisiche dei fluidi che deve raffreddare (perché non hanno modo di misurarle).
Quello che devo garantire (in questo caso) è che un Δt = 8/10° C (tra tingresso e tuscita).


Lo schema è quello qui sotto.

Il fluido caldo scorre in un anello cilindrico, mentre l'acqua scorre (in contro corrente) in due intercapedini, una all'esterno e una all'interno.





Ho stimato una portata di acqua fredda e una temperatura in ingresso.
E ho verificato la temperatura dell'acqua in uscita.

 

paulpaul

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Ciao
tu cosa devi calcolare esattamente? Hai preso dei dati sullo scambiatore reale e vuoi costruirti un modello matematico?
 

tzadik

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Ciao, allora, io ho già lo scambiatore pronto.
E ho una certa libertà sulle temperatura dell'acqua.

Vorrei fare una stima più precisa di quanta acqua devo far correre nelle intercapedini per capire se ce le faccio con pompe circolatrici che ho già in casa (e magari se sono a loro volta troppo "sovradimensionate") o se devo cambiare taglia e/o tipologia di pompa.

In tutto questo non so cosa il cliente vuole raffreddare
Nei calcoletti ho stimato la capacità termica e la portata del fluido da raffreddare (questa è una stima precisa).
 

paulpaul

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Ok quindi hai deltaT e portata del fluido che devi raffreddare, quindi hai la potenza termica che ti serve (4200 W).
Di solito la Tin e il deltaT sull’acqua di raffreddamento sono imposti dall’esterno: da dove arriva quell’acqua? È in circuito chiuso? Cosa conosci dell’impianto di raffreddamento?
 

tzadik

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Al cliente viene fornito un chiller che raffredda acqua che gira in un circuito chiuso.

Ci sono limitazioni che possono essere date dal processo, ma questo lo sa solo il cliente.

Nel senso che il cliente potrebbe anche scegliere di alzare la temperatura in ingresso (dagli 8° C che supposto io a... 10° C) aumentando però la portata dell'acqua che ricircola, per raffreddare più "dolcemente" il fluido (per non alterarlo).

Tutto quello che c'è esternamente allo scambiatore è già definito (e stra sovradimensionato da quel che mi dicono).

L'unico anello debole della catena sono le pompe.
(... oltre al fatto che sono più che arrugginito su sti argomenti 🤦‍♂️).
 

paulpaul

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Purtroppo le condizioni del fluido di raffreddamento (acqua in questo caso) sono essenziali per un dimensionamento corretto di tutto quanto. A noi capita sistematicamente di progettare impianti di raffreddamento per centinaia di kW, e spesso il cliente ci fornisce l'acqua (altre volte forniamo noi l'impianto di raffreddamento in circuito chiuso): nel primo caso, se non mi dice a che temperatura mi da l'acqua e che deltaT è ammesso sul suo impianto (se è limitato) io non parto neanche a scrivere un numero (se l'impianto è a circuito chiuso, mi definisco io invece le T in ogni punto dell'impianto per far funzionare entrambi gli scambiatori alla massima efficienza)
Una volta che hai questi dati, puoi infatti ricavarti la portata d'acqua "minima": se il cliente mette la pompa e fa il circuito, dovrà poi verificare se questa ce la fa con le perdite di carico del circuito a darti la portata richiesta.
Secondo me ti mancano un po' di dati...e occhio (mio consiglio) a non farti carico (a gratis, e senza dati) di problemi che spetterebbero al cliente...mi capita fin troppo spesso e si rischia veramente di farsi male. Detto questo:

- Per prima cosa, butta giù uno schema con tutti i componenti e le regolazioni, così ci ragioniamo su;
- Chiedi al cliente il range di T in ingresso dello scambiatore (uscita chiller), che è determinato dal suo processo a quanto mi pare di capire;
- Chiedi al cliente il delta T massimo ammesso sul chiller e/o la tmax di ritorno (di solito vanno in blocco quando questi valori superano un determinato limite).

Questi dati ci permettono di calcolarci il range di portate d'acqua sia in condizioni nominali che in regolazione, e quindi di verificare poi le pompe. Per quest'ultima verifica serve:

- Curva della pompa (se è quella del chiller di solito la da il costruttore)
- Perdite di carico del circuito (quelle del chiller sono già detratte dalla prevalenza della pompa di solito, oppure segnate a parte).

Troppe volte ho visto un circuito coi chiller della potenza termica adeguata ma con l'acqua che poi non arrivava perché la pompa non ce la faceva 🙈
 

paulpaul

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@tzadik

Qualche novità su questo circuito?! Sai che sono curioso ;)
 

tzadik

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Ciao, no... non ho avuto aggiornamenti... anche perché neanche il cliente ha ancora capito bene cosa vuole andare a raffreddare (intendo le caratteristiche del fluido).

Come dati storici su quello scambiatore ho trovato che (proprio per incertezze da parte del cliente) le pompe venivano sovradimensionate esageratamente.
Cioè da pompe circolatrici da 80/90€ si passava a pompe centrifughe da 800/900€... a costo di inserire nella linea valvole a sfera (manuali o elettroattuate) per creare perdite di carico (per non mandare in cavitazione la centrifuga).
Da un punto di vista funzionale è una cosa un po' assurda (€€€) ma andava così... e neanche tanto raramente.

L'applicazione di quello scambiatore è un po' particolare e il budget (in questo particolare caso= non è il problema principale.
Il cliente non sa cosa deve fare (o meglio non ti dice cosa deve fare...) e per tutelarti sovradimensioni le cose 10 volte.
Alla fine il cliente paga. La macchina funziona. Il cliente rimane contento.
 

paulpaul

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L’importante è sì che funzioni ma anche perché funzioni...se no alla prima variazione di un parametro di processo non si capisce più nulla (e se la responsabilità è tua, tocca comunque a te risolverlo). Purtroppo senza una panoramica completa del circuito è molto difficile risolvere il solo problema dello scambiarore, proprio perché non conosci temperaure e pressioni.

È una situazione che spesso è “gradita” dai clienti, per ovvi motivi...ma credo che si debba disinnescare subito, obbligandoli a fornire i dati necessari, pena il non rispondere dei malfunzionamenti (di solito poi iniziano a darteli).
O, al limite, ipotizzi i dati mancanti e lo scrivi chiaramente.

Ad ogni modo spero che il procedimento corretto che avevo scritto prima sia chiaro: facci sapere come evolve!
 

Calender

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L’importante è sì che funzioni ma anche perché funzioni...se no alla prima variazione di un parametro di processo non si capisce più nulla (e se la responsabilità è tua, tocca comunque a te risolverlo). Purtroppo senza una panoramica completa del circuito è molto difficile risolvere il solo problema dello scambiarore, proprio perché non conosci temperaure e pressioni.

È una situazione che spesso è “gradita” dai clienti, per ovvi motivi...ma credo che si debba disinnescare subito, obbligandoli a fornire i dati necessari, pena il non rispondere dei malfunzionamenti (di solito poi iniziano a darteli).
O, al limite, ipotizzi i dati mancanti e lo scrivi chiaramente.

Ad ogni modo spero che il procedimento corretto che avevo scritto prima sia chiaro: facci sapere come evolve!
Quanto è vero quello che scrivi,nella mia azienda spesso ci ritroviamo a progettare impianti di raffreddamento ed il cliente è sempre restio a fornire informazioni (per pigrizia e/o sfruttando la tattica dello "scaricabarile", perche sono piu che sicuro che le ha!) ..

Quindi ci troviamo a fare calcoli e spendere ore di UT su cose che neanche ci competono...pero tutto fa brodo perche cosi fai bella figura col cliente (parola del nostro Responsabile,mah)...peccato che l'anno scorso e nata una causa a seguito di un reclamo da parte di uno di loro proprio per questo motivo (stiamo ancora tribolando)...bisogna stare attenti a non farsi fregare..comunque questo esula dallo scopo del post! :D

Facci sapere :)
 

paulpaul

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@Calender

Eh si, il classico vaso di Pandora :D
Rincaro la dose a questo punto: oltre che al cliente, è una situazione gradita anche al tuo commerciale, proprio per il motivo che dicevi (bella figura...salvo poi scaricare tutto su di te).
Però, un responsabile tecnico dovrebbe quantomeno cercare di arginare questa situazione, e "mettersi di traverso" per quanto possibile, mettendo tutti (cliente e commerciale) di fronte alle loro responsabilità e facendogli capire poi che i costi (per l'azienda ma anche per il cliente) alla fine aumenteranno. A volte è dura (dipende molto, nelle piccole/medie aziende, se il titolare è di estrazione tecnica o commerciale), ma in ogni caso occorre sempre scrivere bene le ipotesi del progetto, di modo tale che un domani, nel caso qualcosa non funzioni, nessuno possa dire "il progettista ha fatto male il suo lavoro". Non è questione di pararsi il c**o o altro: è solo onestà professionale e fare in modo che ciascuno si assuma le proprie responsabilità e non anche quelle degli altri ;)
Bisogna che il responsabile UT, in casi estremi, arrivi a dire: "adesso blocco la commessa finché non ho tutti i dati corretti, qualcuno risponderà dei ritardi": qualcosa poi vedrai che si muove. Se invece l'azienda non lo supporta...beh è meglio allora cambiare azienda, perché è destinata (nella migliore delle ipotesi) a vivacchiare disordinatamente e ad essere poco efficiente.