Scambiatore di calore a piastre industriale: cos’è e come funziona

Uno scambiatore di calore a piastre industriale è un dispositivo progettato per trasferire calore tra due fluidi separati tramite piastre metalliche sottili. È usato nei processi industriali per riscaldare o raffreddare fluidi, recuperare energia termica, migliorare l’efficienza energetica e ridurre costi operativi.

Nel settore industriale, con il crescere delle esigenze di risparmio energetico, efficienza e sostenibilità, lo scambiatore di calore a piastre è diventato una soluzione centrale. Molti impianti cercano modi per recuperare calore, ridurre consumi, occupare meno spazio. Questo articolo spiega in dettaglio cos’è, come funziona, vantaggi e limiti, tipologie e come scegliere il modello giusto.

Uno scambiatore di calore a piastre è un tipo di scambiatore di calore in cui due fluidi a temperature diverse fluiscono in canali separati formati da piastre metalliche corrugate, sovrapposte. Il calore passa attraverso le piastre (per conduzione) dal fluido caldo al fluido freddo, senza che i fluidi si mescolino.

Le piastre possono essere guarnizionate o saldobrasate, a seconda dell’uso, temperatura e pressione operativa.

Per approfondire altri tipi di scambiatori, design e applicazioni, vedi la nostra guida completa: Guida Completa agli Scambiatori di Calore: Tipologie, Progettazione e Applicazioni

• Le piastre sono posizionate in modo alternato per far passare i due fluidi su versanti differenti. 

• Le piastre vengono lavorate, corrugate, per aumentare la turbolenza, migliorare lo scambio termico e ridurre lo spessore del fluido tra le superfici.

• Conduzione: il calore si trasferisce attraverso il metallo delle piastre.

• Convezione: dentro i canali creati tra piastre, il fluido scorre e trasferisce calore efficacemente.

• Differenza media di temperatura logaritmica (LMTD) è una misura fondamentale per valutare la performance termica.

• Piastre guarnizionate: permettono smontaggio, manutenzione più facile.

• Piastre saldobrasate: senza guarnizioni, maggiore robustezza, uso in condizioni più operative severe.

• Alta efficienza termica
  Le piastre sottili e la conformazione corrugata favoriscono un coefficiente di scambio termico elevato, con rapido trasferimento di calore. 

• Compattezza e risparmio di spazio
  A parità di potenza, occupano meno spazio rispetto a soluzioni come gli scambiatori a fascio tubiero. Ideale quando lo spazio è limitato. 

• Flessibilità operativa
  È possibile adattare numero e tipologia di piastre per modificare la superficie di scambio, intervenire su portate e temperature. 

• Riduzione dei costi energetici
  Migliore efficienza significa perdere meno energia, consumare meno carburante o elettricità per riscaldamento/raffreddamento. 

• Maggiore sostenibilità
  Recupero del calore residuo, riduzione delle emissioni, minori sprechi, impatto ambientale inferiore. 

• Facilità di manutenzione (nelle versioni guarnizionate)
  Quando sono presenti guarnizioni, le piastre possono essere smontate, pulite, sostituite.

• Temperatura e pressione limitate rispetto ad altri tipi (per esempio alcuni scambiatori a fascio tubiero), soprattutto nelle versioni con guarnizioni. 

• Spostamenti e deformazioni delle piastre se le condizioni termiche sono molto variabili.

• Guarnizioni soggette a usura nelle versioni guarnizionate: perdita, manutenzione, costi. 

• Accumulo di incrostazioni/sporcamento specialmente se i fluidi sono sporchi o con particolati, riducendo l’efficienza.

• Impianti chimici e farmaceutici, dove richiesta di precisione termica e fluidi puri è alta.

• Industria alimentare e delle bevande, per pastorizzazione, raffreddamento, riscaldamento.

• Settore HVAC (riscaldamento, ventilazione e condizionamento) e teleriscaldamento. 

• Raffreddamento di oli, fluidi di processo, recupero del calore nei compressori.

• Temperatura e pressione operative: assicurarsi che il materiale delle piastre e delle guarnizioni sia adeguato.

• Numero di piastre e superficie di scambio: deve corrispondere alla potenza termica richiesta.

• Tipo di fluido: viscosità, tendenza allo sporcamento, corrosività.

Acciaio inox (AISI 304, 316), alluminio, titanio nei casi più critici. Per fluidi corrosivi o ambienti aggressivi, materiali più resistenti.

Il design con testata flottante permette a un’estremità del fascio tubiero di muoversi liberamente, assorbendo l’espansione termica e facilitando la pulizia. È una scelta comune negli scambiatori industriali di grandi dimensioni dove sono presenti forti sbalzi di temperatura.

• Guarnizionato: vantaggi nella manutenzione; limiti in temperatura/pressione.

• Saldobrasato: più robusto, nessuna guarnizione, migliore in condizioni severe ma meno accessibile per pulizie.

• È importante calcolare la caduta di pressione accettabile. Una caduta di pressione troppo elevata può costare in energia per la pompa. 

• Il disegno delle piastre deve creare turbolenza per migliorare lo scambio, ma senza aumentare troppo la perdita di carico.

Implementare uno scambiatore di calore a piastre può contribuire significativamente al risparmio energetico dell’impianto, con effetti positivi su costi operativi e impatto ambientale.

Strategie utili:

• Pulizia regolare, controllo delle incrostazioni

• Uso di materiali adeguati per minimizzare la corrosione

• Progettazione che minimizza le perdite di carico

• Recupero del calore residuo per preriscaldamenti o uso secondario

Anche se gli scambiatori a piastre non utilizzano tubi come gli scambiatori a fascio tubiero, in alcune configurazioni ibride o modulari (es. sistemi combinati o versioni compattate), possono includere tubi di collegamento o moduli tubolari interni per gestire fluidi ad alta pressione o specifici processi industriali. In questi casi, i materiali più comuni sono:

• Rame-nichel (CuNi 90/10 o 70/30): eccellente resistenza alla corrosione marina e ottima conducibilità termica, ideali per applicazioni navali o offshore.

• Acciaio inox (AISI 304 o 316): il più diffuso in ambito industriale per la sua resistenza alla corrosione e durata, adatto a una vasta gamma di fluidi.

• Titanio: usato per fluidi estremamente corrosivi o per l’acqua di mare, dove è richiesta un’alta resistenza chimica.

• Alluminio: utilizzato in sistemi leggeri o HVAC, dove conta la leggerezza e la buona conduzione termica.

La scelta del tipo di tubo (o dei moduli integrativi) dipende dalle caratteristiche del fluido, dalla temperatura, dalla pressione e dalla compatibilità chimica con i materiali del sistema.

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