Hitteruiler

in Wikipedia, die vrye ensiklopedie
Spring na: navigasie, soek
'n Silindriese hitteruiler.

'n Hitteruiler is 'n toestel wat gebou is om die doeltreffende warmte-oordrag vanaf een medium na 'n ander te bewerkstellig, hetsy die media geskei is deur 'n soliede wand om te keer dat hulle meng of die media in direkte kontak is.[1] Hulle word gebruik vir binnenshuise verhitting, verkoeling, lugversorging, kragstasies, chemiese- en petrochemiese aanlegte. 'n Algemene voorbeeld van 'n hitteruiler is die verkoeler van 'n motor, waar die warm verkoelingsvloeistof in die enjin die warmte oordra na die lug wat deur die verkoeler vloei.

Vloeirangskikking[wysig]

Teenstroom (A) en parallelle (B) vloeie

Hitteruilers kan geklassifiseer word volgens hul vloeirangskikkings. In parallelle-vloei hitteruilers gaan die vloeiers die hitteruiler aan dieselfde kant binne en beweeg dan parallel ten opsigte van mekaar na die ander kan van die hitteruiler. In teenstroom hitteruilers gaan die vloeisntowwe die hitteruiler van teenoorgestelde kante binne. Die teenstroom-ontwerp is die mees doeltreffende aangesien dit die meeste warmte oordra. In 'n kruisvloei hitteruiler beweeg die vloeiers rofweg loodreg ten opsigte van mekaar deur die hitteruiler.

Fig. 1: Buis-en-mantel hitteruiler, enkelgang (1-1 parallelle vloei)
Fig. 2: Buis-en-mantel hitteruiler, 2-gang buiskant (1-2 kruisvloei)
Fig. 3: Buis-en-mantel hitteruiler, 2-gang mantelkant, 2-gang buiskant (2-2 teenstroom)

Hitteruilers word vir die doeltreffendheidsdoeleindes ontwerp om die oppervlak van die wand tussen die twee vloeiers te maksimeer en terselfdertyd die weerstand teen vloei te minimeer. Die hitteruiler se werkverrigting kan ook beïnvloed word deur die byvoeging van vinne of kartelings in een of beide rigtings wat die oppervlak verhoog en die vloeier kanaliseer of om turbulensie te bewerkstellig.

Die temperatuurverskil wat die dryfkrag is vir warmte-oordrag verskil op verskillende plekke in die hitteruiler, maar 'n geskikte gemiddelde temperatuurverskil kan gedefinieer word. In die meeste eenvoudige stelsels word die logaritmies gemiddelde temperatuurverskil (LGTV) gebruik. Soms is direkte inligting ten opsigte van die LGTV nie beskikbaar nie en word die NTU-metode gebruik.

Soorte hitteruilers[wysig]

Buis-en-mantel hitteruilers[wysig]

'n Buis-en-mantel hitteruiler

Buis-en-mantel hitteruilers bestaan uit 'n reeks buise. Een stel van hierdie buise bevat die vloeier wat óf verhit óf verkoel moet word. Die tweede vloeier vloei ana die buitekant oor die buise sodat dit warmte kan verskaf of absorbeer vanuit die vloeier binne-in die buise. 'n Stel buise word die buisbondel genoem en kan bestaan uit verskeie soorte buise hetsy gewone of longitudinaal gevinde buise ensovoorts. Buis-en-mantel hitteruilers word tipies gebruik in hoëdruktoepassings (met drukke hoër as 30 bar en temperature hoër as 260 °C.[2] Dit is omdat die buis-en-mantel hitteruilers vanweë hul vorm baie gehard is.



Daar bestaan verskeie termiese ontwerpsoorwegings wanneer die buise in die buis-en-mantel hitteruiler ontwerp word. Dit sluit in:

  • Buisdeursnee: Die gebruik van 'n klein buisdeursnee maak die hitteruiler ekonomies en kompak. Dit maak dit egter meer waarskynlik dat die hitteruiler vinniger sal verstop en bemoeilik die kleiner deursnee ook die meganiese skoonmaak van die buise. Om hierdie probleme te oorkom word 'n groter deursnee dus gebruik. Om die beste deursnee te bepaal moet die beskikbare ruimte, koste en die bevuilingsaard van die vloeiers in ag geneem word
  • Buisdikte: Die buiswand se dikte word gewoonlik bepaal om te verseker dat:
    • Daar genoeg toegelaat word vir korrosieverliese
    • Daar voldoende weerstand is teen vibrasie wat deur die vloeier teweeg gebring word
    • Aksiale sterkte
    • Die vermoë om maklik spaarbuise te stoor. Soms word die wanddikte ook bepaal deur die maksimum drukverskil wat oor die wand kan voorkom.
  • Buislengte: Hitteruilers is gewoonlik goedkoper as die manteldeursnee kleiner is. Dit kan vermag word deur die buise langer te maak. Daar word dus gewoonlik na gestreef om die hitteruiler so lank moontlik te maak. Daar bestaan egter verskeie beperkings soos die beskikbare ruimte en die feit dat dit moeilik is om baie lang buise in 'n hitteruiler te vervang.
  • Buisspasiëring: gewoonlik wanneer so 'n hitteruiler ontwerp word, word daar om praktiese redes verseker dat die buisspasiëring (m.a.w. die middelpuntafstande tussen twee aangrensende buise) nooit minder as 1,25 keer die buis se buitedeursnee is nie
  • Geriffelde buise: hierdie soort buise word hoofsaaklik vir die binneste buise gebruik omdat hulle die turbulensie van die vloeiers verhoog wat sodoende 'n verhoogde warmte-oordrag en gevolglik hoër werkverrigting meebring.

Plaat hitteruilers[wysig]

Konsepdiagram van 'n plaat-en-raam hitteruiler.
'n Enkele plaat van 'n hitteruiler

'n Ander soort hitteruiler is die plaat hitteruiler. In een van hierdie soorte word 'n klomp, dun plate wat effens van mekaar geskei is opmekaar gestapel. Hierdie plate het 'n baie groot warmte-oordrag oppervlak en laat ook baie ruimte vir die vloeier om deur te vloei. Die gestapelde plaat rangskikking kan meer doeltreffend wees vir 'n gegewe ruimte as die buis-en-mantel hitteruiler. Ontwikkelinge in pakkings- en sweistegnologie het plaat hitteruilers vir baie meer toepassings as voorheen geskik gemaak. Die plaat-en-raam tipe maak dit ook maklik om die hitteruiler uitmekaar te haal vir skoonmaak- en inspeksiedoeleindes. Daar bestaan egter ook baie soorte plaat hitteruilers waar die plate permanent aanmekaar vasgesweis is en word dikwels gebruik in geslote lus stelsels soos in bevriesing. Plaat hitteruilers kan ook verskil ten opsigte van die soorte plate wat gebruik word en die rangskikking van die plate. Sommige plate kan riffelings in 'n "chevron" of ander dergelike patroon daarop uitgedruk hê terwyl ander gemasjineerde vinne of groewe op die plate kan hê.

Spiraalplaat hitteruilers[wysig]

'n Spiraalplaat hitteruiler verwys gewoonlik na twee plat plate wat saam opgerol word om twee kanale te lewer waarin die vloeistowwe in 'n teenstroom rangskikking kan vloei.[3]. 'n Paar inlate en uitlate word loodreg ten opsigte van die buitenste arms van die spiraal gemonteer. Aksiale inlate en uitlate word ook soms aangebring.[4] Die groot voordeel van spiraalplaat hitteruilers is dat hulle ruimte doeltreffend benut. Hierdie hitteruilers maak ook 'n klein drukval tussen die inlaat en die uitlaatkant moontlik.

Keuse[wysig]

As gevolg van die vele veranderlikes betrokke is die keuse van die optimale hitteruiler 'n uitdagende taak. Handberekenings kan gedoen word maar die vele iterasies wat benodig word maak die gebruik van rekenaarsprogramme vir die doeleinde meer geskik. Sulke programme word dan dikwels deur ingenieurs uitgevoer of deur verskaffers gebruik om die geskikte hitteruileruitleg te bereken.

Ten einde die geskikte hitteruiler te kies, sal ontwerpers eerstens die ontwerpsbeperkinge vir elke soort hitteruiler moet oorweeg. Alhoewel koste gewoonlik die belangrikste oorweging is, bestaan daar verskeie ander belangrike oorwegings wat insluit:

  • Die hoë en lae druk beperkinge
  • Termiese werkverrigting
  • Temperatuurbestek
  • Produkmengsl (vloeistof/vloeistof, partikels of 'n hoë vastestofinhoud)
  • Drukvalle oor die hitteruiler
  • Hoeveelheid vloei wat hanteer kan word
  • Hoe maklik dit skoongemaak, onderhou en herstel kan word
  • Die Materiale wat vereis word vir die bou daarvan
  • Hoe maklik dit is om die hitteruiler te vergroot indien nodig

Die keuse van die gepaste hitteruiler vereis 'n mate van kennis van die verskillende soorte hitteruilers asook die omgewing waarin die eenheid bedryf sal word. In die vervaardigingsbedrywe sal daar tipies van verskeie verskillende soorte hitteruilers gebruik gemaak word in 'n enkele proses om 'n eindproduk te lewer.[5]

Verwysings[wysig]

  1. Sadik Kakaç and Hongtan Liu (2002). Heat Exchangers: Selection, Rating and Thermal Design, 2nd Edition, CRC Press. ISBN 0-8493-0902-6. 
  2. Saunders, E. A. (1988). Heat Exchanges: Selection, Design and Construction. New York: Longman Scientific and Technical.
  3. Alfa Laval Spiraalplaat hitteruilers
  4. Cooling Text