فرمول راندمان مبدل حرارتی و نحوه محاسبه آن

برای انتقال حرارت میان دو سیال از دستگاه‌هایی استفاده می شود که مبدل حرارتی نام دارند. در واقع برای انتقال حرارت به صورت بهینه از یک محیط به محیط دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد. محاسبه فرمول راندمان مبدل حرارتی برای تعیین میزان حرارتی که بین دو یا چند جریان سیال که درون دستگاه  قرار دارد جریان پیدا می کند و آن را منتقل می‌کند، اهمیت دارد.

قبل از هر چیز٬ اگر با این دستگاه آشنایی ندارید٬ پیشنهاد میکنیم مقاله «مبدل حرارتی چیست» را بخوانید تا با انواع و کاربردهای این دستگاه به طور کامل آشنا شوید.

به طور خلاصه٬ انواع مبدل حرارتی که بر حسب ساختمان طبقه بندی می‌شوند عبارتند از:

•  پوسته و لوله
• صفحه ای
• حلزونی 
• هوا خنک

این دستگاه در صنایع مختلفی مانند زیر مورد استفاده قرار می‌گیرند:

• صنعت نفت
•  تاسیسات
• پتروشیمی 

یکی از مهم ترین مسائلی که در رابطه با این دستگاه می توان بیان کرد مسائل مربوط به راندمان آن و همچنین فرمول راندمان آن استکه در ادامه به طور کامل توضیح داده ایم.

شاید علاقه مند باشید: قیمت و خرید انواع فن کویل

نحوه محاسبه راندمان مبدل حرارتی

مساله مهمی که باید در انتخاب و خرید این دستگاه به آن توجه داشت، فرمول راندمان مبدل حرارتی است. هرچه میزان راندمان دستگاه بالاتر باشد کارکرد آن بهتر است. پس با داشتن اطلاعاتی در این مورد٬ می توانید کارکرد آن را بهتر کنید.

فرمول راندمان مبدل حرارتی

شما میتوانید با استفاده از فرمول زیر میزان راندمان را اندازه بگیرید و از آن بهره وری مفیدی داشت.

مطالعه بیشتر: نحوه محاسبه ظرفیت چیلر اسمی و واقعی

راه های افزایش راندمان مبدل های حرارتی

عوامل موثری که می‌توان با استفاده از آنها راندمان مبدل حرارتی را بهبود بخشید عبارتند از:

•  روش نصب 
• سرعت جریان سیال
• نوع سیال و تغییرات درجه حرارت 

همچنین عوامل دیگری نیز در میزان بازدهی دستگاه دخالت دارند که از آن میان می‌توان به درستی بست‌ها و صحت لوله‌کشی ‌ها، سنجش سختی آب و… اشاره کرد.  

تغییرات درجه هوا

یک اصل مهم در این دستگاه ها که می‌توان با استفاده از فرمول راندمان مبدل حرارتی بازدهی آن را بهبود ببخشید تغییرات درجه هوا است.

اختلاف بین مایع گرم و مایع خنک کننده هنگام طراحی آن از اهمیت زیادی برخوردار است. 

مایع خنک کننده باید دمایی کمتر از مایع داغ داشته باشد. مایع خنک کننده که دمای کمتری دارد، می‌تواند گرمای بیشتری را به نسبت مایع خنک کننده ای که درجه حرارت بیشتری دارد از مایع داغ بگیرد.

سرعت جریان

یکی دیگر از عوامل مهمی که استفاده از آن بر راندمان تاثیر دارد جریان مایعات در ورودی و خروجی آن ها است. 

با بیشتر شدن جریان، ظرفیت دستگاه که برای انتقال گرما به کار می رود افزایش پیدا می‌کند، اما جریان بیشتر به معنای جرم بیشتر است که امکان دارد هنگام برداشتن انرژی و همچنین افت فشار و افزایش سرعت مشکل ایجاد کند. 

نصب مبدل حرارتی

نصب یک این دستگاه باید بر طبق دستورالعمل های تولید کنندگان باشد. این دستگاه بسیار حساس و تخصصی است و باید توسط کارشناسان نصب شوند. روش بسیار خوب و موثر این است که مبدل حرارتی درخلاف جهت جریان قرارگیرد.

همچنین در افزایش راندمان این دستگاه باید به موارد زیر نیز توجه کرد:

•  روغن داغ 
• موقعیت نصب آب خنک کننده
• نصب و نگهداری

با افزایش راندمان این دستگاه، قیمت آن هم بیشتر می شود، پس هنگام خرید بهترین و مناسب ترین را انتخاب کنید.

مطالعه بیشتر: قیمت و خرید دستگاه زنت

چرا محاسبه ظرفیت مبدل حرارتی اهمیت دارد؟

یکی از مهم ترین روش هایی که باعث می شود راندمان دستگاه بیشتر شود٬ محاسبه ظرفیت مبدل حرارتی صفحه ای و پوسته و لوله است.

 هنگام تهیه این مدل دستگاه ها، شرکت فروشنده کاتالوگ هایی که نحوه استفاده و عملکرد بهینه دستگاه را نمایش می دهد را به خریدار نشان می دهد. 

کمتر صنعتی وجود دارد که از این دستگاه استفاده نکند. از صنایع پتروشیمی، نفت و گاز گرفته تا ساختمان‌ها و اماکن اداری، همه اینها به این دستگاه نیازمند هستند. 

کاربرد آن به ظرفیت نوع سیال و مدل دستگاه بستگی دارد. برای آن‌که از درستی یک مبدل حرارتی و عملکرد صحیح آن مطلع شوید  پیش از انتخاب آن، باید برای  محاسبه بازده این دستگاه اقدام کرد. راندمانی که از دستگاه انتظار می‌رود به انتخاب مدل آن بستگی دارد.  

هنگام محاسبه فرمول راندمان مبدل حرارتی باید شش پارامتر را در نظر گرفت که عبارتند از:

– مقدار گرمایی که دستگاه انتقال می‌دهد، یعنی بار حرارتی دمای ورودی و خروجی در هر سوی دستگاه

– حداکثر میزان افت فشار در هر سوی دستگاه

– حداکثر مقدار دمای سیستم                                                                        

– حداکثر میزان فشار سیستم

– سرعت جریان سیال در دو سوی آن

– اختلاف دما و حرارت 

برای اینکه ارزش حراراتی دستگاه را بدانیم باید از فرمول راندمان استفاده کنید و این پارامترها را در نظر بگیرید. 

مبدل های حرارتی پوسته و لوله

مبدل گرمایی پوسته لوله ای بر اساس تعداد پاس های پوسته و لوله محاسبه می شوند. این مبدل ها دارای انواع مختلفی هستند و ساده ترین آنها دارای یک پاس پوسته و یک پاس لوله است.

 انواع گرمایی دیوارک دار بیشتر با  یک پاس پوسته و دو پاس لوله و دو پاس پوسته و چهار پاس لوله تولید می شوند.

انواع حرارتی پوسته و لوله دارای بافل (صفحات هدایت کننده جریان) هستند.

 جریانی که به سمت پوسته جاری می شود در بین دو بافل مجاور به طور متقاطع قرار می گیرد و از فاصله  بین دو بافل به فاصله بعدی انتقال داده می شود و موازی با لوله ها جریان می یابند. 

هدف اصلی این دستگاه ها انبساط گرمایی پوسته و لوله ها، تمیز کردن آسان مجموعه و کم هزینه بودن روش تولید و ساخت است. مدل های U شکل کم هزینه ترین انواع است.

حرارتی صفحه ای

این دستگاه ها ساده هستند و طرحی بهینه دارند و با توجه به نیازهای صنایع غذایی تولید شده اند. مبدل‌های صفحه‌ای واشردار از تعدادی صفحه نازک با سطح چین دار و یا موج دار تشکیل شده اند که جریان سیال گرم و یا سرد را از هم جدا می‌کنند.

حلزونی یا مارپیچ

مبدل های حلزونی یا مارپیچی با پیچاندن دو صفحه بلند موازی که شکل حلزونی دارد و با استفاده از مندرل جوش خورده است و صفحات مجاور طراحی شده است ساخته می شوند، به صورتی که یک کانال را تشکیل می‌دهند. 

خنک کننده هوا

دستگاه هایی که در آنها جریان سیال طی فرآیندی با جریان هوا خنک می‌شوند مبدل های حرارتی خنک کننده هوا هستند. 

مانند کولرهای هوایی، بخارات گرم درون مجموعه ای از لوله ها که به صورت افقی کنار هم هستند  پخش می شود. 

جداره خارجی دارای لوله هایی است که به پره مجهز هستند تا انتقال حرارت بین جریان سیال داخل لوله ها با هوای خنک افزایش پیدا کند. 

شکل جریان، در این دستگاه ها از نوع متقاطع است و دارای یک فن است که جریان هوای لازم برای خنک کردن  جریان سیال داخل لوله ها را تامین می کند. 

مطالب مرتبط:

مبدل حرارتی چیست و چه کاربردی دارد؟ انواع مبدل حرارتی صفحه ای و طرز کار هر کدام راه های افزایش راندمان چیلر انواع لوله کشی در فن کویل کدام است؟ تفاوت کندانسور و اواپراتور