Fabbricazione di uno scambiatore di calore per una stufa in ceramica

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Come sviluppare uno scambiatore di calore del forno? Quale vettore di calore è migliore: liquido o aria? Qual è il principio di base di qualsiasi scambiatore di calore? Da questo articolo imparerai come creare autonomamente una caldaia a pieno titolo per il riscaldamento dell’acqua da materiale improvvisato.

Fabbricazione di uno scambiatore di calore per una stufa in ceramica

In articoli precedenti, abbiamo esaminato vari tipi di combustione del combustibile. Abbiamo anche descritto come ottimizzare la sua portata e controllare la temperatura dei gas. L’intero processo di riscaldamento può essere suddiviso approssimativamente in quattro fasi:

  1. Generazione di emissione di calore. Questa è la combustione del carburante, in cui si verifica una reazione termochimica con il rilascio di calore.
  2. Scambio di calore. In questa fase, l’energia termica, alla ricerca dell’equilibrio, passa da uno stato in eccesso a uno stabile. In poche parole: il calore viene trasferito da un mezzo riscaldato a uno raffreddato..
  3. Trasferimento. L’agente (liquido o aria) trasferisce energia termica al consumatore (radiatore), che si trova in un luogo remoto dal reattore. La circolazione continua dell’agente in un sistema chiuso assicura il suo ritorno al reattore in uno stato raffreddato, quindi il ciclo si ripete.
  4. Dissipazione di calore. Il consumatore (infatti, uno scambiatore di calore), grazie alle proprietà della conducibilità termica, emette energia termica per l’ambiente (aria), uniformando la sua temperatura.

Il risultato del processo al punto 1 è prevedibile: in base alle dimensioni del forno, al tipo e al combustibile, possiamo giudicare la modalità operativa, la potenza e la produttività del reattore. Ma senza un efficace trasferimento di calore (punto 2), la maggior parte dell’energia sarà eccessiva e verrà rimossa insieme al vettore primario sotto forma di gas caldo. In poche parole: volerà nel tubo nel vero senso della parola. Per evitare che ciò accada, è necessario selezionare e organizzare correttamente uno scambiatore di calore.

La varietà di proprietà di vari materiali e supporti offre un’ampia scelta, ma ci concentreremo su quelli più convenienti: aria e liquido.

Lo scambiatore di calore risolve solo uno, ma il compito chiave è raffreddare il refrigerante primario. A rigor di termini, è un sistema di raffreddamento del reattore. Il fattore decisivo nell’efficienza del suo lavoro è la capacità termica e la conduttività termica del mezzo (agente). Come sapete, l’acqua e l’aria hanno proprietà reciprocamente esclusive, ma fanno lo stesso lavoro. Le proprietà fisiche superiori di un liquido più denso dell’aria non possono essere contestate. Tuttavia, richiede un sistema chiuso ermeticamente chiuso, di cui l’aria può fare a meno..

Scambiatore di calore ad aria

Nel caso in cui il focolare funga da scambiatore di calore primario (stufe in acciaio, stufe a combustione lunga – PDG, stufe a olio esausto – POM), è possibile adottare le seguenti misure per aumentare l’efficienza del trasferimento di calore “a secco”.

Attraverso canali diritti verticali e orizzontali (tubi)

I tubi d’acciaio sono saldati direttamente sul focolare. È meglio installarli in verticale: ciò migliorerà la permeabilità all’aria. Adatto se si dispone di materiale disponibile – scarti di tubo (la forma della sezione non ha importanza). Diametro 50-200 mm. La soluzione originale del forno sarebbe quella di saldare le pareti da sezioni di tubi uguali.

Fabbricazione di uno scambiatore di calore per una stufa in ceramica

Canali curvi e arrotondati

L’opzione ideale è avvolgere l’intero focolare in 1-2 turni. Ciò richiederà abilità e tempo, ma l’effetto sarà molto più elevato rispetto ai semplici canali diretti. Maggiore è la differenza nei livelli di entrata e uscita dell’aria, migliore sarà il funzionamento del condotto. Se porti la recinzione all’esterno, l’effetto sarà massimo, perché quando il focolare viene riscaldato, a causa della differenza di temperatura, ci sarà un tiraggio che fornirà un flusso costante nella modalità “automatica”.

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Labirinti di carri armati

Per realizzare un tale scambiatore di calore, è necessario disporre di una scatola di acciaio aggiuntiva con un’altezza di circa 100 mm e pareti spesse sulla parete superiore. In questa scatola, posizionare le paratie in acciaio di 5-8 mm in modo da creare un “labirinto”. All’inizio e alla fine di esso, ci dovrebbero essere prese per la sezione del condotto. Sopra il “labirinto” è anche coperto da un coperchio. In questa versione, lo spazio tra la parete della fornace e le pareti della scatola funge da scambiatore di calore. Tali scambiatori di calore possono essere disposti sulle pareti laterali di un reattore in acciaio..

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Attraverso canali nel reattore, integrati nella fornace

Tali canali vengono posati nel progetto durante la creazione della fornace, quindi saldati alle pareti. Possono essere posizionati fianco a fianco nella parte superiore del focolare. Diametro da 50 mm.

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In qualsiasi tipo di HT, viene utilizzato il fenomeno della convezione *, tuttavia, nella maggior parte dei casi, a causa dell’alta temperatura nel reattore, il movimento naturale dell’aria è insufficiente ed è forzato dai ventilatori. Questo metodo è anche chiamato iniezione.

* Convezione: un metodo per trasferire calore da flussi o getti.

L’iniezione può essere fatta in ogni modo possibile – costruendo una pompa d’aria nel condotto o semplicemente indirizzandola allo scambiatore di calore. Gli scambiatori di calore “a secco” sono i dispositivi di riscaldamento più semplici ed economici.

Vantaggi degli scambiatori di calore ad aria:

  1. Nessuna tenuta necessaria.
  2. Può funzionare senza iniettori.
  3. Facilità di installazione e disponibilità del materiale disponibile.

Svantaggi degli scambiatori di calore ad aria (TO):

  1. È richiesto un diametro del condotto significativo (da 100 mm).
  2. Bassa capacità termica del mezzo (aria).
  3. Breve intervallo di trasferimento della temperatura.

Scambiatore di calore liquido

Qualsiasi liquido supera significativamente l’aria atmosferica in termini di capacità termica, il che significa che è in grado di trasferire il calore a una distanza molto maggiore dal reattore. Allo stesso tempo, richiede maggiore attenzione a se stesso: la tenuta dell’intero sistema (tranne quello gravitazionale). Inoltre, una caratteristica distintiva è una grande massa, il che significa che l’effetto della convezione naturale è possibile solo con un diametro del canale significativo (da 75 mm), o è necessario un iniettore – un soffiatore medio.

Tutti gli scambiatori di calore liquidi possono essere suddivisi condizionatamente in due tipi: capacitivo e principale.

I serbatoi di manutenzione o di scambio termico sono serbatoi integrati nel reattore. In altri casi, il reattore può essere integrato nella nave. Lo scambio di calore viene effettuato in un mezzo liquido, che si trova nel serbatoio. (Serbatoio) ha canali di alimentazione (nella parte superiore) e “ritorno” (nella parte inferiore). Con un diametro del tubo inferiore a 75 mm, deve essere presente una soffiante sul “ritorno”, altrimenti l’espansione termica non sarà in grado di spingere l’acqua attraverso il canale.

Un altro tipo di TO liquido è realizzato sotto forma di un serbatoio cilindrico con all’interno un canale dritto. Il canale può funzionare come un camino e in molti casi un tale serbatoio viene installato direttamente sulla stufa. L’acqua al suo interno rimuove la temperatura dei gas di scarico e la trasferisce mediante circolazione forzata. Questo MOT è anche chiamato caldaia a tubi..

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Il principio descritto è la base per tutti i moderni tipi di caldaie che funzionano a combustione. Nel loro design moderno, fungono da base per un sistema chiuso sigillato con tubi di piccolo diametro (16–32 mm) e radiatori. Il funzionamento di un tale sistema è impossibile senza elettricità per la pompa. Tuttavia, esiste un’opzione in cui l’acqua circola sotto l’influenza della gravità. In questo caso, un solido tubo d’acciaio riempito con acqua funge da scambiatore di calore. Questo tubo è collegato alla caldaia e si trova sempre in pendenza, il che consente all’acqua di fluire per gravità dall’alimentazione al “ritorno”.

I TO principali o le bobine sono un tubo solido di 16–25 mm di notevole lunghezza (da 15 m) avvolto attorno a un reattore, un camino o un serbatoio di scambio termico con acqua. La costante circolazione di acqua attraverso il tubo consente all’agente (acqua) di raggiungere una temperatura massima di 120 ° C. Questo effetto rende possibile un dispositivo di riscaldamento a vapore. Tuttavia, richiede un isolamento termico per mantenere la temperatura.

Per assemblare una tale caldaia, abbiamo bisogno di quanto segue:

  1. Due fusti o serbatoi a forma di botte con un dislivello di 50-100 mm e un dislivello di 100 mm.
  2. Tubo di rame solido 16 mm – 50 m.
  3. Argilla Chamotte.
  4. vibratore.
  5. Pompa di circolazione.
  6. Materiale di installazione della caldaia – gambe, porta, camino, ecc..

Procedura operativa:

  1. Avvolgiamo un tubo di rame su una canna di piccolo diametro

Attenzione! Avvolgere con cura per non deformare il tubo.

  1. Portiamo le estremità al lato del fondo della canna dalla fine.
  2. Facciamo dei buchi nella grande botte per le prese di alimentazione e di ritorno.
  3. Installiamo una piccola botte con tubi in un grande.
  4. Rafforziamo la mazza vibrante sul muro di una grande botte.
  5. Riempi il seno con una soluzione liquida di argilla chamotte, accendendo periodicamente il vibratore.
  6. Organizziamo un camino all’interno di una piccola botte (con una disposizione orizzontale) o un pistone PDG del tipo “Bubafonya” (con una disposizione verticale).

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Un’altra idea interessante è la simbiosi di un forno a pietra e una caldaia a liquido..

Video: circuito dell’acqua in un forno di mattoni

In questo caso, un tubo ermetico volumetrico nella forma di un cubo o di una figura composita (cubo + triangolo) viene cucinato da tubi da 75 a 85 mm. Sembra una casa con un tetto a due falde. Il registro ha anche feed e return. L’intera struttura è installata sulla fondazione e rivestita con mattoni refrattari.

Questa è l’opzione che richiede più tempo. Sarà conveniente in caso di libero accesso al materiale e possibilità di trasporto del prodotto. Il peso del registro è di 200-300 kg.

Lo scambiatore di calore può essere di qualsiasi tipo – è solo necessario osservare il suo principio di base – il trasferimento di calore dal reattore all’accumulo o al flusso dell’agente. Quindi l’agente distribuisce il calore ai consumatori. La forma, le dimensioni e le caratteristiche di questo elemento sono determinate solo dalle tue esigenze e dalla tua immaginazione..

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