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Incrostazioni dello scambiatore di calore

1920
Scambiatore di calore con depositi di incrostazioni che compromettono le prestazioni termiche nella termodinamica.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Il fouling è l'accumulo di materiale indesiderato sulle superfici di trasferimento del calore, che introduce una resistenza termica aggiuntiva e degrada le prestazioni di uno scambiatore di calore. Questa resistenza al fouling ([latex]R_f[/latex]) riduce il coefficiente di trasferimento di calore complessivo (U). L'effetto è quantificato nell'equazione del trasferimento di calore complessivo: [latex]\frac{1}{U} = \frac{1}{h_i} + \frac{1}{h_o} + R_f + R_w[/latex].

Fouling is a critical, time-dependent problem in nearly all heat exchanger applications. It increases thermal resistance, impedes fluid flow (increasing pressure drop and pumping costs), and can initiate corrosion. There are several types of fouling. Precipitation fouling occurs when dissolved solids in a fluid precipitate onto surfaces, common in cooling water systems (scaling). Particulate fouling is the accumulation of suspended particles like dust or rust. Corrosion fouling results from the heat transfer surface itself reacting to form an insulating layer of corrosion products. Chemical reaction fouling involves reactions within the process fluid that form deposits, such as in polymerization processes. Finally, biofouling is the growth of microorganisms, algae, or slime on surfaces, prevalent in raw water systems. To account for this inevitable degradation, engineers include a ‘fouling factor’ or ‘fouling resistance’ ([latex]R_f[/latex]) during the design phase. This essentially means the heat exchanger is oversized to ensure it still meets the required heat duty after a certain period of operation with the expected level of fouling. The overall heat transfer coefficient for a clean exchanger ([latex]U_{clean}[/latex]) is related to the dirty or service coefficient ([latex]U_{dirty}[/latex]) by [latex]\frac{1}{U_{dirty}} = \frac{1}{U_{clean}} + R_f[/latex]. Managing and mitigating fouling through chemical treatment, filtration, and periodic cleaning is a major aspect of industrial maintenance.

UNESCO Nomenclature: 3328
- Termodinamica

Tipo

Processo fisico

Interruzione

Incrementale

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • osservazione dell'accumulo di calcare nelle caldaie e nei bollitori
  • comprensione della resistenza termica e della legge di Fourier
  • sviluppo della chimica industriale e del trattamento delle acque
  • progressi nella scienza dei materiali e negli studi sulla corrosione

Applicazioni

  • programmi di manutenzione predittiva per impianti industriali
  • progettazione di procedure di pulizia chimica per apparecchiature di processo
  • sviluppo di rivestimenti e materiali anti-fouling
  • programmi di trattamento dell'acqua per torri di raffreddamento e caldaie
  • sovradimensionamento dei nuovi scambiatori di calore per tenere conto di future incrostazioni

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

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Argomenti correlati: incrostazioni, depositi, scambiatore di calore, resistenza termica, manutenzione, trasferimento di calore, coefficiente globale di scambio termico, biofouling, caduta di pressione, pulizia.

Contesto storico

Incrostazioni dello scambiatore di calore

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1922
1925-01-01
1930
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1920
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1922
1924
1927
1930

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

Invenzioni, innovazioni e principi tecnici correlati

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