UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș… [609137]

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 1
STUDIUL PRIVIND UTILIZAREA
SCHIMBĂTOARELOR DE CĂLDURĂ
COORDONATOR TIIN IFIC Ș Ț
Conf. Univ. Dr. Ing. TEODOR POPA
Absolvent: [anonimizat]
2019

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 2
CUPRINS
Introducere……………………………………………………………………………………4
Capitolul I. Schimbul de căldură. Schimbătoarele de căldură. Agen i de lucru ț………….5
1.1. Schimbul de
căldură……………………………………………………………………5
1.1.1.Modalită ile elementare de transfer de căldură……………….. ț
………………..5
1.1.2.Mărimi specifice transferului de căldură……………………………………….8
1.2. Schimbătoarele de căldură………………………………………………..
…………..10
1.2.1.Necesitate………………………………………………………………………10
1.2.2.Clasificarea schimbătoarelor de căldură………………………………………12
1.3. Agen i de ț
lucru……………………………………………………………………….20
1.3.1.Proprietă ile termofizice ale agen ilor ț ț
termici…………………………………20
1.3.2.Avantajele i dezavantajele agen ilor termici………………………………… ș ț
21
Capitolul II. Construc ia schimbătorului de căldură cu tubulaturi. Calculul ț
termic……24
2.1. Schimbătoarele de căldură cu tubulaturi…………………………….……………..…24
2.1.1. Schimbătoarele de căldură cu evi i cu manta…………….….………….. ț ș
…..28
2.1.2. Îmbunătă irea transferului termic. evi speciale………………………………32 ț Ț
2.1.3. Uzura i deteriorarea evilor în ș ț
exploatare…………………………………….36
2.2. Calculul termic……………………………………………………………………..…38
2.2.1. Ecua iile de bază ale calculului termic………………………………………..38 ț
2.2.2. Cazuri particulare………………………………………………………………39

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 3
2.2.3. Diferen a medie de ț
temperatură………………………………………………..40
2.2.4. Calculul termic al schimbătorului de căldură tubular…………………………44
Capitolul III. Construc ia schimbătorului de căldură cu plăci. Calculul ț
termic…………54
3.1. Evolu ie. Clasificare. Domenii de ț
utilizare…………………………………………..54
3.2. Dimensiuni i parametrii geometrici. Performan e termohidraulice………………… ș ț
62
3.2.1. Regimuri i configura ii de ș ț
curgere……………………………………………63
3.2.2. Pierderi de presiune……………………………………………………………64
3.2.3. Transferul de căldură………………………………………………………….65
3.3. Calculul termic………………………………………………………………………66
3.3.1. Calculul termic preliminar………………………………………………………66
3.3.2. Calculul termic definitiv………………………………………………………..68
Capitolul IV. Schimbătorul de căldură cu plăci versus schimbătorul de căldură cu
tubulaturi. Avantaje i dezavantaje ș…………………………………………………………72
4.1. Avantajele i dezavantajele schimbătoarelor de căldură cu plăci vs tubulaturi……… ș
72
4.2. Criterii de determinare a eficien ei, de comparare și de alegere a schimbătoarelor de ț
căldură…………………………………………………………………………………………73
Capitolul V. Între inerea i repararea schimbătoarelor de ț ș
căldură………………………75
5.1. Montarea schimbătoarelor de căldură ………………………………………….…….75
5.2. Probarea schimbătoarelor de căldură……………………………………..…….…….76
5.3. Exploatarea schimbătoarelor de căldură……………………………………………….80
5.4. Între inerea schimbătoarelor de căldură……………………………………………… ț
82
5.5. Repararea schimbătoarelor de căldură………………………………………………..87

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 4
Capitolul VI. Norme NTSM și norme PSI ce trebuiesc respectate la realizarea unui
schimbător de căldură …………………………………………………………………….…90
6.1. Norme de tehnica securită ii muncii……………………………………………….…91 ț
6.2. Norme de prevenire i stingere a incendiilor…………………………………………94 ș
Concluzii………………………………………………………………………………………97
Bibliografie……………………………………………………………………….…………..98
Introducere
Schimbătoarele de căldură au căpătat o largă dezvoltare în ultima vreme, ele func ionând ț
în mai multe instala ii în diverse forme, atât ca agregate principale cât i secundare, aproape ț ș
în toate ramurile industriale. În aceste aparate procesul de transfer de căldură se realizează în
diferite moduri.
În aprecierea de ansamblu a unui schimbător de căldură intervin o serie de factori, ca:
parametrii termici i hidrodinamici, exploatare economică, costuri, performan e tehnice etc., ș ț
pentru realizarea de aparate compacte echipate cu suprafe e încălzitoare de maximă eficien ă. ț ț
Un număr mare de factori influen ează atât transferul de căldură cât i forma ț ș
schimbătoarelor de căldură, de aici marea diversitate a tipurilor de aparate de acest fel.

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 5
Lucrarea abordează o tratare sistematică a acestor agregate, actualele realizări, cât i ș
principalele direc ii de dezvoltare a schimbătoarelor de căldură. ț
O aten ie deosebită s-a acordat calculului termic, exemplele numerice contribuind la ț
elucidarea păr ii teoretice. ț
În prezentarea principalelor tipuri constructive de schimbătoare de căldură, s-a făcut o
sistematizare a materialului, privind utilizarea lor în diferite ramuri ale industriei, lucrarea
oferind o privire de ansamblu asupra posibilită ii de folosire a acestor agregate într-o ramură ț
dată. Capitolele referitoare la schimbătoarele de căldură cu plăci precum i cele tubulare ș
completează tabloul general al lucrării.

CAP I. SCHIMBUL DE CĂLDURĂ. SCHIMBĂTOARELE DE
CĂLDURĂ. AGEN I DE LUCRU Ț
1.1. Schimbul de căldură
Schimbul de căldură are în vedere modalitatea în care căldura se propagă printr -un corp, între partea
caldă și partea rece a lui, sau între două corpuri a căror temperatură diferă. Această trecere a căldurii se
realizează de la sine, în acela i mod în care apa curge de la un potențial hidraulic (nivel sau/și presiune) mai ș
crescut spre un potențial hidraulic mai coborât. Astfel, poten ialul termic al transferului de căldură este ț
reprezentat de temperatură.
Transmiterea căldurii are o importan ă deosebită în toate ramurile tiin elor naturii. În instala iile ț ș ț ț
termice, energetice, tehnologice sau industriale se utilizează a a numitele aparate de schimb de călddură ș

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 6
(schimbătoare de căldură), în care căldura trece de la un fluid cu temperatură mai ridicată, la un altul cu
temperatură mai scăzută, fie prin contact direct, fie printr-un perete ce le desparte. Ca exemple de schimbătoare
de căldură se pot aminti: cazane de apă cu vapori, condensatoare, răcitoare, distilatoare, turnuri de răcire etc.
1.1.1. Modalită ile elementare de transfer de căldură ț
Schimbul de căldură între două corpuri se realizează prin trei metode elementare: conducție, convecție și
radiație.
Transferul de căldură prin conduc ie ț
Se realizează prin contactul direct al particulelor unuia sau a mai multor corpuri, rezultat a
transferului de energie cinetică de la o moleculă la alta vecină ei. Conducția presupune astfel o imobilitate a
corpului, fiind caracteristică corpurilor solide, dar se regăse te și la corpu șr i l e lichide sau gazoase ce se află în
pelicule foarte subțiri, imobile.
Legea lui Fourier spune că fluxul termic unitar pe direc ie normală este direct proporțional cu gradientul ț
de temperatură:
q=−λ∙∂T
∂n[W
m2] (1.1)
Coeficientul de proporționalitate λ poartă numele de coeficient de conductivitate termică.
Acesta este specific materialului care conduce căldura fiind dependent de temperatură. În
Sistemul Interna ional țλ se măsoară în W
m∙K .
Transferul de căldură prin convec ie ț
Se realizează într-un fluid (lichid sau gaz) prin amestecarea particulelor ce au o temperatură mai
ridicată cu particulele ce de in o ț temperatură mai mică. Deci convecția înseamnă o mișcare a
corpului care duce la transferul căldurii.
Convec ia poate fii ț :
-convec ie liberă – atunci când mi carea fluidului este datorată diferen ei de ț ș ț
densitate dintre particulele reci i cele calde ale fluidului ; ș

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 7
-convec ie for ată – atunci când mi carea fluidului este datorată unei ț ț ș
energii furnizate din exterior.
Convec ia depinde, în cele mai multe cazuri, de următorii factori: ț
Cauza ce duce la mi carea fluidului; ș
Dacă cauza mișcării fluidului este doar diferența de densitate rezultată de diferența de
temperatură dintre particulele de fluid aflate mai aproape și cele aflate mai departe de perete,
transmisia căldurii se va efectua prin convecție liberă.
Dacă cauza mișcării fluidului este un lucru mecanic din exterior (ventilator, pompă)
atunci transmisia căldurii efectua prin convecție forțată.
Regimul de curgere al fluidului;
Fiind caracterizat de criteriul Reynolds (Re), există următoarele regimuri de curgere a
fluidului:
-Regim laminar având: Re < 2300;
-Regim tranzitoriu: 2300 < Re < 104;
-Regim turbulent: Re > 104.
Corpurile cu formă de placă au valoarea Re ≈ 5∙ 105 (grani a dintre regim turbulent si ț
regim laminar).
Cum în regim laminar particulele nu au proprietatea de a se amesteca, transferul de
căldură prin convecție va avea intensitatea ceva mai mare în regim turbulent în compara ie cu ț
regimul laminar.
Proprietă ile fizice ale fluidului ț ;
Convecția este influențată adesea de:
-căldura specifică cp;
-coeficientul de conducție λ al fluidului;
-difuzivitatea termică;
-densitatea;
-vâscozitatea dinamică.

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 8
Aceste proprietăți depind de temperatura fluidului și nu pot fi regăsite în tabelele
termodinamice.
Forma i dimensiunile suprafe ei de schimb ale căldurii; ș ț
Caracteristicile stratului limită sunt afectate de geometria suprafeței de schimb a căldurii (plană,
nervurată,cilindrică etc.) și de orientarea acesteia spre direcția de curgere a fluidului, fiind astfel afectat și
transferul de căldură realizat prin convecție.
Fluxul de căldură ce este schimbat prin convec ie este dat de rela ia generală (rela ia lui Newton): ț ț ț
˙Q=α∙S∙(tp−tf)[W] (1.2)
unde, tp – temperatura peretelui ce se află în contact cu fluidul în mi care, în ș℃; tf – temperatura fluidului, în ℃
; S -aria suprafe ei peretelui, în m ț2; α = coeficientul de convec ie, în țW
m2∙K.
Transferul de căldură prin radia ie ț
Radiația termică reprezintă procesul prin care este transmisă căldura între corpuri aflate la o distanță,fără a
se realiza contact direct între ele. Radia ia termică are caracter electromagnetic la fel ca și celelalte radiații. ț
Radiația termică are în vedere transformarea energiei interne a corpurilor în energia undelor
electromagnetice. Acestea se propagă în spațiu având lungimile de undă cuprinse între λ=0,7−400µm
(microni) ce vizează razelor infraroșii, vizibile și ultravioletele, fenomenul având astfel sens dublu. Un corp
radiază și absoarbe energia ce este reflectată sau emisă de corpurile aflate-n împrejurare.
Pentru corpurile aflate în stare solidă și lichidă, transformarea energiei electromagnetice în energie
termică, se efectuează în straturile cu caracter superficial, iar la corpurile aflate-n stare gazoasă transformarea are
loc în volum.
Asemenea celorlalte radiații electromagnetice, radiația termică are o direc ie de propagare în linie ț
dreaptă, urmând procesele de reflec ie, refrac ie și absorb ie. ț ț ț
Fluxul de energie radiantă ˙Q,care interac ionează cu un corp oarecare, se distribuie astfel: ț
˙Q=˙QA+˙QR+˙QD [W] (1.3)

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 9
În care, ˙QA = partea absorbită; ˙QR = partea reflectată; ˙QD = partea care străbate corpul (difuzată).
Împăr ind rela ia de mai sus la ț ț ˙Q, va rezulta A + R + D = 1 , unde:
-A = coeficientul de absorb ie ț;
-R = coeficientul de reflexie;
-D = coeficientul de difuzie.
Coeficien ii A, R, D pot avea valori cuprinse între 0 i 1, ace tia depinzând de următoarele: ț ș ș
-Natura corpului;
-Starea suprafe ei; ț
-Lungimea de undă a radia iei; ț
-Temperatură .
1.1.2. Mărimi specifice transferului de căldură
Cele mai utilizate mărimi ale transferului de căldura sunt:
Câmpul de temperatură reprezintă suma valorilor temperaturilor aflate la un moment dat τ fiind
funcție de poziția punctului considerat și de timp:
T= f(´r,τ)[K],saut=f¿r ,τ¿[°C]
(1.4)
Regimul de transfer de căldură permanent (sau staționar) este specific corpurilor pentru care căldura
primită are aceea i valoare cu cea cedată. ș
Regimul de transfer de căldură tranzitoriu se efectuează atunci când căldura primită de un corp nu este
aceea i cu căldura cedată de acel corp. Acest regim este caracteristic perioadelor de încălzire sau răcire ș
a unui corp.
Suprafața izotermă este definită ca locul geometric al punctelor care au temperatură constantă. Atunci
când apare regimul permanent de transfer de căldură, suprafețele izoterme sunt caracterizate de o
poziție fixă.
Suprafe ele izoterme pot fii ț:

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 10
-Suprafee izoterme sta ionare – forma si pozi ia suprafe ei rămâne neschimbatăț ț ț ț (câmp termic
sta ionar)ț;
-Suprafe e izoterme nesta ionare – forma i pozi ia sunt modoficate în func ie de timp (câmp ț ț ș ț ț
termic nesta ionar). ț
Cum într-un punct al câmpului de temperatură nu există posibilitatea de a exista două temperaturi
diferite, rezultă că intersec ia celor doua suprafe e izoterme nu este posibilă. ț ț
Gradientul de temperatură este definit ca un vector ce reprezintă variația temperaturii intr-un anumit
sens i direc ie:ș ț
gradT=dT
dx∙´i+dT
dy∙´j+dT
dz∙´k (1.5)
Se consideră în următoarea figură două suprafețe izoterme ce sunt infinit apropiate. Acestea au
temperaturile t și + dt . Dacă intersectăm cele două suprafețe cu un plan având o direcție oarecare x, constatăm
că apare o variație a temperaturii de lungime ∂t
∂x .
Figura 1.1. Suprafe e izoterme ț

Fluxul de căldură (fluxul termic) ˙Q, reprezintă cantitatea de căldură ce este transmisă
de la un corp către altul printr-o suprafa ă oarecare izotermă, S, într-o unitate de timp ț τ
.
˙Q=dQ
dτ [w]
(1.6)

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 11
Fluxul de căldură unitar (densitatea fluxului termic) , q, este definit de fluxul de căldură
ce este raportat la unitatea de suprafața pe care acesta o parcurge.
q=dQ
dS [W
m2]
(1.7)
1.2.Schimbătoarele de căldură.
1.2.1. Necisitate
Schimbătoarele de căldură sunt definite ca aparate care au scopul de a transfera căldura
de la un fluid către altul în fenomene de răcire, încălzire, condensare, fierbere sau în alte
procese de natură termică în care sunt prevăzute două sau mai multe fluide ce au temperaturi
diferite.
Din punct de vedere funcțional, schimbătoare au un număr foarte mare (exemple:
preîncălzitoarele de aer sau apă, răcitoarele de ulei, distilatoarele, vaporizatoarele,
condensatoarele, radiatoarele, .a). Fiind atât de diverse, acestea au un principiu de ș
funcționare asemănător, acesta fiind transferul de căldură de la un fluid către altul prin
intermediul unui perete ce le desparte.
De asemenea, există i schimbătoare de căldură care nu au perete ce desparte fluidele, ș
exemplu fiind turnurile de răcire, camerele de pulverizare, .a, având acela i principiu de ș ș
func ionare.ț
Din punct de vedere schematic, un schimbător de căldură este format din două
compartimente ce sunt separate de un perete, prin acestea circulând câte un fluid. Prin peretele
ce le desparte are loc transferul de căldură de la fluidul cald la fluidul rece. În timp ce fluidele
circulă, prin cele două compartimente, temperatura fluidelor nu este constantă, aceasta variază,
unul încălzindu-se iar celălalt răcindu-se.
Indicele prim arată temperaturile de la intrarea în schimbătorul de căldură, cele de la
ieșire având indicele secund (Figura 1.2).

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 12
Figura 1.2. Schema simplă a unui schimbător de căldură.
Schimbătoarele de căldură sunt elemente vitale cu un rol foarte important într-o gamă
largă de sisteme. Studiile au arătat faptul că peste două treimi din energia primară ce este
consumată într-o țară trece, până la forma sa finală de energie utilă, printr-un circuit de 2-4
schimbătoare de căldură.
Transferul căldurii între agenții termici se poate efectua în condițiile în care se schimbă
starea lor de agregare sau fără schimbarea stării de agregare a acestora. Schimbătoarele de
căldură sunt influen ate direct de procesul de evolu ie a stării de agregare a agen ilor termici ț ț ț
afla i în timpul transferului termic. ț
Schimbătoarele de căldură se pot grupa în două mari categorii:
-răcitoare și încălzitoare – sunt schimbătoarele ce servesc la transferul căldurii unde
agen ii termici nu î i schimbă starea de agregare; ț ș
-evaporatoare și condensatoare – sunt schimbătoarele ce duc la transferul căldurii atunci
când unul sau mai mul i agen i termici î i schimbă starea de agregare. ț ț ș
Având caracteristici complexe construcția schimbătoarelor de căldura este influen ată de ț
câ iva factori, i anume:ț ș
-cantitatea de căldură ce este transmisă;
-parametrii termodinamici, i anume: presiunea, temperatura, volumele, starea de ș
agregare a agenților termici;
-proprietățile fizico-chimice: vâscozitatea, densitatea, etc;
-agresivitatea agenților termici afla i în contact cu materialul de construcție; ț

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 13
-gradul de impurități pe care îl de ine agentul termic și caracterul de depuneri; ț
-proprietățile materialului din care sunt confec ionate schimbătoarele; ț
-scopul construc iei aparatului și procesele care vor avea loc în el; ț
-tensiunile care apar în urma acțiunii presiunilor agenților termici.
În industria navală sunt utilizate diverse aparate de transfer al căldurii, dar, majoritate
sunt dispozitive ce de in două spații ț
delimitate pentru a circula separat cei doi
agenți termici între care se efectuează
schimbul de căldură.
1.2.2. Clasificarea schimbătoarelor de
căldură.
Schimbătoarele de
căldură au tipuri i ș construc ii foarte ț
diferite. Tocmai, de aceea, este utilă o
clasificare a schimbătoarelor de
căldură, inând ț cont de
particularită ile lor func ionale i constructive. ț ț ș
A.În func ie de modul realizării transferului de căldură, schimbătoarele se clasifică ț
astfel:
a.Schimbătoarele de căldură cu contact direct;
Schimbătoarele de căldură cu contact direct au agen ii termici nesepara i de o suprafa ă, ț ț ț
fiind amesteca i unul cu celălalt.Schimbătoarele pot fi: ț
-aparate fără umplutură -transferul de căldură se efectuează la suprafa a fluidului ț
pulverizat sub formă de picături fine sau sub formă de șuvi e (figura 1.3.b); ț
– aparate cu umplutură – transferul termic realizează la suprafa a unei pelicule ce este ț
formată pe umplutura schimbătorului (figura 1.3.a).

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 14
Figura 1.3. Schimbătoare de căldură cu contact direct
(a) fără umplutură; (b) cu umplutură
b.Schimbătoarele de căldură cu contact indirect (de suprafa ă). ț
Sunt aparate pentru care cei doi agen i termici nu sunt în contact direct. Ace tia sunt ț ș
separa i de o suprafa ă de schimb de căldură cu care permanent sau periodic vin în contact. ț ț
Dacă cele două fluide realizează contact permanent cu suprafa a de schimb de căldură, ț
atunci fluxul termic va fi unidirec ional i schimbătorul de căldură de tip recuperativ. ț ș
Acest tip de aparat este cel mai des întâlnit, putând fi construit în diferite variante . În
figura 1.4.a este prezent schimbătorul eavă în eavă ț ț, fiind cel mai simplu aparat. El este
constituit din două evi ce sunt concentrice, fluidele circulând atât prin interiorul evii ț ț
centrale, cât i prin spa iul format între cele două evi. ș ț ț
Figura 1.4.a. Schimbătorul eavă în eavă ț ț

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 15
Dacă agen ii termici vin intră contact alternativ cu suprafa a de transfer a căldurii, ț ț
schimbându-se periodic direc ia fluxului termic, schimbătorul de căldură va fi de tip ț
regenerativ.
Aparatele regenerative sunt efectuate astfel:
-cu suprafa a fixă (figura 1.4.b) ; ț
-rotativă (figura 1.4.c).
Figura
1.4.b.c.Schimbătoare regenerative de căldură
(b) – cu umplutură fixă; (c) – cu suprafa ă rotativă ț
În clasa schimbătoarelor de căldură ce au contact indirect regăsim și schimbătorul de
căldură ce are strat fluidizat. La acest timp de schimbător, schimbul de căldură are loc între un
fluid și un material în stare solidă care efectuează o deplasare sub forma unui strat fluidizat
(figura 1.4.d). Fluidizarea se efectuează prin procesul de insuflare unui gaz (aer, în majoritatea
cazurilor) peste materialul solid ce este granulat.

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 16
Figura 1.4.d. Schimbător de căldură cu strat fluidizat
B.Din punct de vedere constructiv, schimbătoarele se clasifică astfel:
F igura
1.5. Clasificarea schimbătoarelor de căldură din punct de vedere constructiv

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 17
C.Conform stării de agregare pe care o de in agen ii termici, schimbătoarele sunt: ț ț
-aparate la care agen ii termici î i schimbă starea de agregare; ț ș
-aparate la care apare î i schimbă starea de agregare un singur agent termic; ș
-aparate la care î i schimbă starea de agregare ambii agen i termici. ș ț
D.În func ie de compactitatea schimbătorului de căldură, se deosebesc: ț
-schimbătoare compacte (compactitatea > 700 m2/m3);
-schimbătoare necompacte (compactitatea < 700 m2/m3).
Compactitatea unui schimbător de căldură este definită de raportul dintre suprafa a sa de ț
schimb de căldură și de volumul său.
E.Conform modului de realizare a curgerii fluidelor în schimbătoarele de căldură,
distingem:
-Curgerea în echicurent a fluidului;
Figura 1.6.a.Reprezentarea curgerii în echicurent a fluidului.
Curgerea în echicurent (Figura 1.6.a) este prezentă atunci când agen ii termici au ț
circula ia paralelă i în acela i sens în apropierea suprafe ei schimbului de căldură. Această ț ș ș ț
modalitate de curgere realizează cea mai avantajoasă răcire a peretelui în zona în care intră
fluidul primar i cea mai mică diferen ă medie a temperaturii. ș ț
-Curgerea în contracurent a fluidului;

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 18
Figura 1.6.b. Reprezentarea curgerii în contracurent a fluidului.
În figura de mai sus sunt eviden ia i agen ii de lucru care circulă paralel i cu sens ț ț ț ș
contrar pe lângă suprafa a transferului de căldură. Astfel, curgerea în contracurent a fluidului ț
realizează cea mai mare diferen ă medie a temperaturii efectuată între agen ii termici. De ț ț
asemenea, peretele, la intrarea fluidului cald, are o temperatură maximă.
-Curgerea în curent încruci at; ș
În cazul acestui tip de curgere, cei doi agen i termici curg după o direc ie ț ț
perpendiculară. Se deosebesc 3 cazuri:
Curent încruci at având ambele fluide amestecate (Figura 1.6.c); ș
Curent încruci at având un fluid amestecat i unul neamestecat (Figura ș ș
1.6.d);
Curent încruci at având ambele fluide neamestecate (Figura 1.6.e). ș
Figura 1.6.c.d.e. Tipuri de curgere a fluidului.
Unui fluid i se atribuie denumirea de “amestecat” atunci când î i păstrează temperatura ș
în orice plan normal cu direc ia fluidului de curgere. Astfel, temperatura va varia doar de-a ț

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 19
lungul curgerii. În cazul fluidelor “neamestecate” va apărea o diferen ă de temperatură pe ț
direc ia normalei la curgere. ț
Figura 1.7. Curgerea în curent încruci at având ambele fluide neamestecate ș
a)Schema; b) Varia ia temperaturii. ț
În figura următoare de mai sus prezentate, pentru clarificare, schema i varia ia de ș ț
temperatură a curgerii în curent încruci at având ambele fluide neamestecate. ș
Atunci când agen ii termici au numeroase treceri prin evi sau prin manta va apărea un ț ț
alt caz, denumit cazul curgerii compuse (Figura 1.8) care reprezintă o combina ie a celor trei ț
cazuri de curgere prezentate mai sus.
Se deosebesc 4 tipuri a curgerii compuse:
1.Curgerea compusă cu o singură trecere prin manta i cu două treceri prin evi ș ț
(Figura 1.8.a);
2.Curgerea compusă cu două treceri prin manta si cu patru treceri prin evi ț
(Figura 1.8.b);
3.Curgerea compusă cu o singură trecere prin manta i cu trei treceri prin evi ș ț
(Figura 1.8.c);
4.Curgerea compusă cu treci treceri prin manta i cu ase treceri prin evi ș ș ț
(Figura 1.8.d).

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 20
Figura 1.8. Curgerea compusă.

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 21
a)cu o singură trecere prin manta și cu două treceri prin evi; b) cu două treceri prin ț
manta și cu patru treceri prin evi; c) cu o trecere prin manta și cu trei treceri prin ț
evi; d) cu trei treceri prin manta și cu șase treceri prin evi.ț ț
F.În func ie de destina ia lor, schimbătoarele de căldură sunt: ț ț
-Răcitoare;
-Vaporizatoare;
-Preîncălzitoare;
-Generatoare de vapori;
-Condensatoare, etc.
G.Conform materialului din care sunt confec ionate, schimbătoarele de căldură sunt: ț
-Schimbătoare de căldură fabricate din materiale metalice;
Această categorie vizează marea majoritate a schimbătoarelor, suprafa a de transfer ț
căldură fiind din fontă, cupru, o el, alamă, titan, o el inoxidabil, etc. ț ț
-Schimbătoarele de căldură fabricate din materiale nemetalice.
Acestea sunt mai rar întâlnite i pot fi din ceramică, din grafit, din sticlă, din materiale ș
plastice, etc.
1.3. Agen ii de lucru. ț
Datorită importan ei mari pe care o au, schimbătoarele de căldură trebuie să ț
îndeplinească condi ii de natură tehnică, func ională, constructivă și economică. Din această ț ț
cauză alegerea tipului de schimbător de căldură trebuie să corespundă scopului pe care îl
urmărim.
Astfel, principiul func ional trebuie asigurat de regimul temperaturilor agen ilor termici. ț ț
Acesta trebuie men inut la parametrii necesari în timpul procesului de exploatare. Pentru ț
aceasta este necesară atât determinarea bună i corectă a suprafe ei de transfer de căldură, cât ș ț
și asigurarea reglajului temperaturilor agen ilor termici. ț
Proprietă ile fizico-termice a agen ilor termici si natura acestora au în vedere o alegere ț ț
corectă a materialelor folosite la construc ia schimbătoarelor de căldură, inându-se cont i de: ț ț ș

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 22
-de ac iunea lor agresivă; ț
-de depuneri;
-de înlăturarea lor de pe suprafa a de schimb de căldură. ț
1.3.1. Proprietă ile termofizice ale agen ilor termici ț ț .
Agen ii termici care lucrează în schimbătoare de căldură au o importan ă deosebită în ț ț
func ionarea acestora, în condi iile unei eficien e economice corespunzătoare.ț ț ț
Pentru a corespunde din punct de vedere tehnic și economic scopului pentru care sunt
folosi i, agen ii termici trebuie să îndeplinească următoarele condi ii: ț ț ț
 să fie corespunzători din punct de vedere termodinamic, și anume să aibă greutate
specifică mare, căldură specifică mare, vâscozitate mică
și căldură latentă de vaporizare mare, în scopul realizării unui schimb de căldură cât
mai intens, la un debit de agent termic cât mai mic, deci la construc ii compacte ale ț
aparatelor; de asemenea, agen ii termici trebuie să aibă temperaturi mari la presiuni ț
mici, ceea ce ușurează construc ia aparatelor; ț
să fie stabili din punct de vedere termic și să nu aibă influen e defavorabile asupra ț
materialelor din care sunt construite aparatele schimbătoare de căldură; agen ii termici ț
trebuie să fie stabiliși neagresivi, chiar sub ac iunea îndelungată a unor temperaturi ț
ridicate; să nu formeze depuneri pe suprafe ele de încălzire, aceasta ducând la ț
micșorarea schimbului de căldură și, prin micșorarea sec iunilor de trecere, la mărirea ț
rezisten elor hidraulice ale instala iilor; în cazul formării de depuneri, acestea trebuie ț ț
să poată fi ușor cură ite, cu mijloace tehnico – economice și cu întreruperi în ț
func ionare cât mai reduse;ț
să fie ieftini și destul de răspândi i, de o importan ă deosebită trebuind să se bucure ț ț
agen ii termici din produc ia locală, din resurse secundare de energie; de observat că ț ț
unele cheltuieli majorate în vederea alegerii unor agen i termici deosebi i pot fi ușor ț ț
recuperate prin micșorarea cheltuielilor pentru construc ia aparatelor schimbătoare de ț
căldură și a cheltuielilor de exploatare.

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 23
Purtătorii de căldură folosi i în schimbătoare sunt vaporii de apă, apa caldă, gazele ț
provenite din arderea combustibililor, amestecuri de solu ii de săruri cu lichide, metale topite, ț
uleiuri. Cei mai răspândi i agen i termici de încălzire sunt aburul, apa caldă și gazele de ardere ț ț
iar la răcire apa, aerul și solu iile în apă ale unor săruri. ț
1.3.2. Avantajele i dezavantajele agen ilor termici. ș ț
Pentru încălzire cei mai folosi i agen i termici au următoarele avantaje i dezavantaje ț ț ș
mai importante:
Aburul
Acesta prezintă următoarele avantaje:
-Se poate transporta foarte u or; ș
-De ine o căldură latentă de vaporizare;ț
-La o presiune dată i se atribuie o temperatură de condensare ce este constantă;
-Are un coeficient de convec ie ridicat. ț
Ca i dezavantaje, amintim:ș
-Temperaturi mari de utilizare ce duc la presiuni urcate;
-Producerea de condensat care trebuie eliminat prin aparate auxiliare de
evacuare i separare; ș
-Distan ă limitată de transport a purtătorului de căldură. ț
Vaporii altor lichide
Ace tia prezintă temperaturi de până la 400ș ℃ la presiuni de circa 10 bar. Ca i exemplu ș
ar fi amestecul difenilic care este stabil termic i nu atacă alte metalele de construc ie. ș ț
Apa
Ca i agent termic, apa prezintă următoarele avantaje:ș
-Poate fi transportată la distan e mari; ț
-Are un coeficient de convec ie înalt; ț
Ca i dezavantaje:ș
-Pierderi termice urcate;

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 24
-Temperatura este dependentă de presiune .a. ș
Schema încălzirii cu lichid poate fi realizată în 2 moduri:
-Cu circula ie naturală; ț
-Cu circula ie for ată, această metoda fiind mai complicată. ț ț
Agen ii termici lichizi efectuează un transport mai u or i un reglaj mai fin fa ă de ț ș ș ț
vapori, echipamentul auxiliar având un gabarit mai important. Pe durata exploatării
temperatura agentului de lucru este supusă posibilită ii de scădere. ț
Gazele rezultate din arderea combustibililor
Schimbătoarele de căldură ce utilizează încălzirea cu gaze, au ca agen i termici gazele ț
rezultate din arderea combustibililor, aerul ce trebuie încălzit în prealabil sau CO 2 i He. Acestș
tip de schimbătoare prezintă următoarele avantaje i dezavantaje: ș
-Temperatura este independentă de presiune;
-Gazele au o căldură specifică redusă;
-Coeficien ii de conven ie au valori mici; ț ț
-Procesul de încălzire este reglat dificil din cauza procesului de ardere a combustibilului
care este relativ variabil, excep ie făcând sistemele cu recirculare a gazelor); ț
-Transportul gazelor pe distan e mari duce la canale de fum ce au sec iuni mari; ț ț
-Pierderi semnificative de căldură etc.
Pentru răcirea suprafe elor schimbătoarelor de căldură este utilizat ca agent termic de ț
răcire apa. Aceasta are proprietă i termodinamice necesare, i anume: ț ș
-Masa specifică mare;
-Căldura specifică urcată etc.
În anumite situa ii se pot folosi ca agen i termici de răcire i aerul sau solu iile de sare ț ț ș ț
ce sunt răcite în prealabil.

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 25
CAP II. CONSTRUC IA SCHIMBĂTORULUI DE CĂLDURĂ CU Ț
TUBULATURI. CALCULUL TERMIC
2.1. Schimbătorul de căldură cu tubulaturi
Schimbătoarele de căldură tubulare reprezintă solu ia ideală de transfer termic în cazul ț
în care aplica ia presupune temperaturi sau presiuni de lucru peste limita de func ionare a ț ț
schimbătoarelor cu plăci, sau caracteristicile fluidelor impun acest lucru.
Aceste aparate sunt construite în principiu dintr-un fascicul de evi, montate în două ț
plăci tubulare i închise într-o manta prevăzută cu capace, a a cum se observă în figura 2.1. ș ș

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 26
Figura 2.1. Schema func ională a unui schimbător de căldură multitubular ț
În general evile sunt laminate i destinate special construc iei schimbătoarelor de ț ș ț
căldură. Cele mai utilizate materiale sunt:
-O eluri pentru temperaturi medii sau joase; ț
-Cupru;
-Aliaje cupru-nichel în diferite compozi ii (de exemplu 70/30%, sau 90/10%); ț
-Aliaje cupru-aluminiu în diferite compozi ii (de exemplu 93/7%, sau 91/9%); ț
-Diferite tipuri de aliaje cu zinc între 22 si 40%;
-O eluri inoxidabile. ț
Există o mare varietate de diametre pentru care sunt produse aceste evi, dar in general, ț
pentru schimbătoarele de căldură se preferă evi cu diametre cât mai mici, care asigură un ț
transfer termic mai intens i construc ii mai compacte, dar se vor avea în vedere i aspectele ș ț ș
legate de pierderile de presiune i de colmatare. ș
Utilizarea intensă în ultimii ani a freonilor, caracteriza i prin coeficien i de transfer ț ț
termic mai redu i, a dus între altele i la producerea de schimbătoare multitubulare, dar nu ș ș
numai, în care se utilizează evi speciale pentru îmbunătă irea condi iilor de transfer termic. ț ț ț

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 27
Plăcile tubulare se utilizează pentru fixarea evilor în fascicul i se montează la extremită ile ț ș ț
mantalei a a cum se observă în figura 2.1. Dacă este necesar, pentru sus inerea fasciculului de ș ț
evi seț utilizează
i supor i. ș ț
Pentru realizarea
plăcilor tubulare i ș
a supor ilor se ț pot utiliza
următoarele materiale
în func ie de ț natura
agen ilor i ț ș
agresivitatea acestora fa ă de aceste materiale: ț
-o eluri – pentru agen i frigorifici, apă dulce sau agen i intermediari de răcire fărăț ț ț
săruri;
-cupru pentru freoni, dar nu i pentru amoniac; ș
-bronz – pentru apa de mare sau agen i intermediari pe bază de săruri; ț
-o el placat cu otel inoxidabil – pentru agen i agresivi; ț ț
-o el inoxidabil – pentru lichide alimentare.ț
Orificiile sunt practicate în plăcile tubulare i în plăcile suport, astfel încât să formeze de ș
regulă hexagoane (sau triunghiuri eliciodale). Uneori găurile, respectiv evile se dispun în ț
formă de coridor (sau pătrate), iar uneori în formă de cercuri concentrice, ca în figura 2.2, în
care:
a reprezintă numărul de evi pe latura hexagonului, respectiv pătratului ț
exterior;
b reprezintă numărul de evi pe diagonala hexagonului exterior. ț
În vederea unei montări u oare a evilor în fascicul prin plăcile tubulare i supor i, ș ț ș ț
găurile din acestea se realizează simultan (toate odată).

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 28
Fig. 2.2. Moduri de dispunere a evilor în plăcile tubulare. ț
a – după hexagoane; b – după pătrate; c – după cercuri concentrice
În cazul cel mai des întâlnit, al hexagoanelor, de regulă pasul dintre evi este de ț
aproximativ 1,25 diametrul exterior al tevilor. Găurile din plăcile tubulare se finisează în mod
diferit, în func ie de procesul tehnologic de montare a evilor. Astfel pentru evile sudate ț ț ț
electric sau brazate se realizează o alezare urmată de samfrenare, iar pentru evile mandrinate ț
se realizează o alezare urmată de realizarea unor canale interioare, a a cum se observă in ș
figura 2.3. Mandrinarea se ralizează astfel încât în urma deformării evilor, acestea să se ț
fixeze în canalele prevăzute în găurile de fixare.
Sudare Mandrinare
Fig. 2.2. Procedeele uzuale de fixare a
evilor în plăcileț tubulare.
Mantaua schimbătoarelor de
căldură multitubulare se
calculează astfel încât să aibă un diametru interior care să permită montarea fasciculului de
evi. Grosimea mantalei se determină din calculul de rezisten ă, astfel încât să reziste la ț ț

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 29
presiunea de lucru a agentului dintre evi i manta (minim 4 bar). Materialul din care se ț ș
realizează mantalele este o elul. Până la diametre de cca. 400 mm, acestea se realizează din ț
evi având diametrele standardizate. Pentru diametre mai mari, mantalele se realizează din ț
virole ob inute prin roluire. Sudurile prin care se realizează asamblarea virolelor în manta, ț
trebuie controlate prin metode defectoscopice nedistructive (cel mai adesea raze γ ). După
montare schimbătoarele de căldură multitubulare sunt supuse unor probe hidraulice de
etan eitate la presiuni ceva mai mari decât cele nominale.ș
Capacele au rolul de a realiza circula ia agentului din interiorul evilor. icanele ț ț Ș
montate pe capace asigură numărul de drumuri prin interiorul evilor, astfel încât să se ț
realizeze vitezele de curgere dorite. Tot pe capace sunt montate racordurile de intrare/ie ire ș
pentru agentul care curge prin evi. De obicei numărul de treceri este par, pentru ca racordurile ț
să fie montate pe un singur capac. La aparatele de dimensiuni mari, capacele sunt demontabile
pentru a permite cură area interioară a evilor, iar fixarea capacelor se realizează prin uruburi ț ț ș
pe flan ele prevăzute în acest scop la exteriorul plăcilor tubulare. Capacele se realizează prin ș
turnare, cel mai adesea din fontă. Câteva tipuri de capace sunt prezentate în figura 2.3.

Fig. 2.3. Tipuri de
capace.
2.1.1. Schimbătoarele de căldură cu evi i cu manta. ț ș

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 30
Schimbătoarele de căldură cu evi și manta reprezintă tipul cel mai răspândit în industrie ț
datorită simplită ii sale constructive, fiabilită ii ridicate și costului relativ coborât. ț ț
Elemente constructive. Clasificare constructivă.
Clasificarea constructivă a schimbătoarelor de căldură cu evi și manta, care și-a găsit ț
cea mai largă răspândire, este cea propusă de Asocia ia Constructorilor de Schimbătoare de ț
Căldură – TEMA (Tubular Exchanger Manufactures Asociation). Ea clasifică cu litere aceste
aparate în func ie de trei criterii: construc ia capacului de distribu ie fix al aparatului, modul ț ț ț
de circula ie al agentului termic în spa iul dintre evi și manta și tipul capacului de capăt. ț ț ț
Tabelul 2.1. Clasificarea TEMA pentru schimbătoarele cu evi i manta. ț ș
TIPUL CAPACULUI DE
DISTRIBU IE ȚTIPUL MANTALEI TIPUL CAPACULUI DE
CAPĂT
ATubular demontabil ECu o trecere LIdentic cu capacul de
distribu ie ț“A”
BElipsoidal sudat FCu două treceri cu
icană demontabilășMIdentic cu capacul de
distribu ie “B” ț
CTubular demontabil cu
fascilul de evi țGCu curgere separată NIdentic cu capacul de
distribu ie “C” ț
ITubular fix cu capac
demontabilHCu curgere dublă PCu cap mobil i ș
presetupă exterioară
DSpecial pentru presiune
ridicatăJCu curgere divizată SCu cap mobil i inel ș
demontabil
KTip boiler TCu cap mobil
XCurgere mixtă UCu evi ț“U”
WCu cap mobil
închis exterior
Alegerea principalelor elemente constructive.
Alegerea principalelor elemente constructive ale aparatului se face în func ie de diverse ț
criterii și restric ii, tehnologice sau constructive: ț
Alegerea tipului de manta;

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 31
Cel mai utilizat tip de circula ie este cel cu o trecere (TEMA E), care asigură cea mai ț
ridicată diferen ă de temperatură între agen ii termici – factorul de corec ie F este maxim. ț ț ț
Dacă pierderea de presiune pe partea mantalei trebuie redusă se poate utiliza o manta cu
curgere dirijată (TEMA J), la care pierderile de presiune sunt de circa 8 ori mai mici decât la o
manta tip TEMA E, reducându-se însă eficien a termică a aparatului. În cazul curgerii ț
încrucișate fără șicane interioare (TEMA X) se pot ob ine cele mai mici pierderi de presiune. ț
Acest tip de manta se poate utiliza pentru condensarea vaporilor cu presiune coborâtă.
Alegerea capacului de distribu ie; ț
Principalul criteriu de alegere a capacului de distribu ie îl constituie ușurin a accesului la ț ț
placa tubulară, în vederea cură irii ei. Din acest punct de vedere solu ia cu cap tubular ț ț
demontabil (TEMA A) permite cel mai simplu acces, fiind recomandată în cazul fluidelor cu
depuneri. Solu ia cu capac elipsoidal (TEMA B) necesită o demontare ceva mai complicată, în ț
schimb asigură pierderi de presiune locale mai mici în special la un număr mai mare de treceri
prin evi.ț
Alegerea capacului de capăt;
De obicei, trebuie fie să se utilizeze evi în formă de „U” – soluția cea mai simplă însă ț
cu mari dificultă i de înlocuire și curățire interioară a țevilor , fie să se utilizeze solu ii cu cap ț ț
mobil, variantele P, S, T sau W – prezintă o complicare a soluției constructive însă cu o
rezolvare a preluării dilatațiilor diferite ale țevilor și mantalei.
Alegerea icanelor; ș
Șicanele transversale au rolul de sus inere a evilor, prevenirii vibra iilor acestora și mai ț ț ț
ales al măririi vitezei de curgere a fluidului peste evi, înso ită de intensificarea transferului de ț ț
căldură.Dacă pierderile de presiune sunt prea mari sau sunt necesare mai multe suporturi
pentru evi, se pot utiliza șicane dublu sau triplu segment, cu mărirea corespunzătoare a ț
diametrului mantalei.
Alegerea evilor; ț

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 32
În schimbătoarele tubulare pot fi utilizate evi lise sau cu aripioare. În general, pentru a ț
ob ine un transfer de căldură ridicat, se indică utilizarea unor evi cu diametre mici, însă în ț ț
multe cazuri diametrul minim al evilor este impus, pentru a putea realiza cură irea mecanică ț ț
a acestora, la circa 20 mm, din aceleași considerente lungimea evilor limitându-se la 5 m. ț
Intrarea fluidului în manta;
Se face prin ștu uri speciale, sudate pe aceasta. Dacă viteza este mare la impactul cu ț
evile se poate produce o eroziune a acestora sau vibra ia lor. Pentru a preveni acest efect se ț ț
utilizează:
-plăci de protec ie (figura 2.4.a, c); ț
-evi de protec ie (figura 2.4.b); ț ț
-un distribuitor inelar cu fereastră (figura 2.4.d).

Figura 2.4. Protec ia ț
fasciculului de evi la intrareaț
fluidului.
 Alegerea
numărului de
treceri ale agen ilor prin evi; ț ț

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 33
Numărul de treceri (Ntr ) este impus de debitul care circulă prin evi și viteza acestuia, ț
astfel încât să se ob ină un raport între lungimea și diametrul aparatului în limite acceptabile ț
(L/D<15). Consecințe: -prin mărirea numărului de treceri pentru un debit și o viteză dată prin
evi:ț
-se mărește numărul de evi și astfel diametrul fasciculului și al mantalei; ț
-cresc în același timp pierderile de presiune;
-scade eficien a termică a aparatului. ț
Alegerea fluidului care va curge prin evi; ț
La alegerea fluidului care va curge prin evi se va ine seama de câteva proprietă i și ț ț ț
mărimi fizice ale agen ilor termici: ț
Gradul de murd ărire – fluidul mai murdar și mai greu de cură at se va introduce ț
prin interiorul evilor care pot fi ușor și eficient cură ate mecanic. Spa iul dintre ț ț ț
evi și manta este greu de cură at mecanic, utilizându-se de obicei, dacă este ț ț
necesară, cură irea mecanică. ț
Coroziunea – fluidul coroziv va circula prin interiorul evilor, pentru ca numai ț
acestea să fie necesar să se execute dintr-un material anticoroziv.
Presiunea – fluidul cu presiune mai ridicată este indicat să circule prin evi, care, ț
având diametrul mic, rezistă la presiuni ridicate fără a fi necesare grosimi mari ale
peretelui. În cazul când fluidul cu presiunea ridicată ar circula prin manta,
grosimea acesteia, deci și costul ei, ar crește considerabil.
Temperatura – fluidul fierbinte este indicat să circule prin evi pentru a reduce ț
tensiunile termice din materialși a micșora grosimea izola iei mantalei. ț
Toxicitatea– fluidele toxice, inflamabile, explozive sau scumpe se vor introduce în
partea cea mai etanșe a aparatului, de obicei în interiorul evilor, luându-se măsuri ț
speciale de etanșare.
Debitul – fluidul cu cel mai mic debit este indicat să se introducă în manta, pentru
a ob ine un număr mai mic de treceri prin evi și deoarece la curgerea peste evi ț ț ț
regimul turbulent apare la valori mai mici ale numărului Reynolds.

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 34
Vâscozitatea – fluidul mai vâscos se va introduce
în manta, în această zonă ob inându-se un ț
regim turbulent de curgere la valori mult mai mici
ale criteriului Reynolds.
Pierderile de presiune – dacă pentru un fluid
pierderile de presiune sunt strict limitate,
acesta va fi introdus în evi, unde calculul ț
pierderilor este mai exact și se pot lua măsuri pentru limitarea pierderilor de
presiune, în special prin limitarea vitezelor.
2.1.3. Îmbunătă irea transferului termic. evi speciale ț Ț
În figura alăturată sunt prezentate evi cu nervuri spiralate, care se utilizează în special la ț
construc ia vaporizatoarelor. ț
Figura 2.2. evi cu nervuri Ț
spiralate.
În figura 2.3. este prezentată o eavă cu nervuri exterioare joase, realizate prin extrudare, ț
din materialul de bază al evii. După extrudare, diametrul exterior al păr ilor lise ale evilor, ț ț ț
este egal cu diametrul exterior al nervurilor, ceea ce permite o montare usoară în plăcile
tubulare. Pasul dintre nervuri este in mod uzual de (0,8.1,5) mm, iar înăl imea nervurilor este ț
de aproximativ (1.1,5) mm. Aceste evi pot să asigure un raport între suprafa a exterioară a ț ț
evilor nervurate ț i și suprafa a interioară a acestora de 3.5, ceea ce reprezintă o cre tere ș ț ș
semnificativă a suprafe ei exterioare de transfer termic. ț

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 35

Figura 2.3. eavă cu nervuri joase ob inute prin extrudare Ț ț
In figura 2.4. sunt prezentate câteva tipuri de evi cu aripioare ondulate. Aceste evi se ț ț
utilizează în special la construc ia vaporizatoarelor. Pe eava de bază se montează prin ț ț
sudare elicoidală, o bandă ondulată. Asemenea construc ii se ț
pot realiza pentru evi având diametre între (8. 39) mm. ț
Înăl imea nervurilor este de 9 mm, iar grosimea acestora ț
variază între 0,2.0,3 mm.

Figura 2.4. evi cu nervuri ondulate. Ț
In figura 2.5. este prezentată o eavă cu nervuri în formă ț
de ace. Acestea se utilizează în special la construc ia ț
condensatoarelor. Exteriorul evilor se aseamănă cu o perie ț
metalică, ceea ce asigură o suprafa ă i o intensitate a ț ș
transferului termic, foarte ridicate. Aceste tipuri de evi sunt ț
eficiente în primul rând pentru transferul căldurii în medii
gazoase i în particular în aer. ș
Figura 2.5. eavă cu nervuri aciforme. Ț

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 36
În figura 2.6. sunt prezentate câteva evi cu miez în formă de stea, care se utilizează la ț
construc ia vaporizatoarelor cu fierbere în interiorul evilor. Suprafa a interioară este mărită ț ț ț
prin introducerea în evi a miezurilor realizate din aluminiu i având uzual cinci sau zece raze. ț ș
Problema tehnică a realizării acestor evi o reprezintă asigurarea contactului termic dintre ț
eava de bază i miez, realizat prin introducerea for ată a miezului. Intensitatea transferului ț ș ț
termic este mărită dacă se realizează i răsucirea miezului de 2.3 ori pe fiecare metru de eavă. ș ț
evile cu miez în formă de stea pot avea diametre de 16.19 mm i grosimea de 1 mm. Ț ș
Raportul dintre suprafa a interioară i cea exterioară este de 2 în cazul miezurilor cu 5 raze i ț ș ș
2,7 în cazul miezurilor cu 10 raze.
Figura 2.6. evi cu Ț miez în formă de stea.

In figura 2.7. sunt prezentate câteva modele de evi cu nervuri interioare. Aceste evi se ț ț
pot utiliza i la vaporizatoare i la condensatoare. Nervurile sunt realizate din eavă de bază, ș ș ț
ceea ce asigură un transfer termic foarte bun. existând numeroase forme ale nervurilor i grade ș
de răsucire. Fa ă de evile lise, coeficientul global de transfer termic cre te mult datorită ț ț ș
următoarelor efecte:
-cre terea suprafe ei de transfer termic; ș ț
-drenajul prin capilaritate a fazei lichide, care formează un film sub ire pe ț
suprafa a interioară nervurată; ț
-rotirea filmului de lichid, datorită răsucirii (înclinării) nervurilor.

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 37
Figura 2.7. evi cu nervuri Ț
interioare.
In figura 2.8. sunt prezentate două evi cu suprafa a neregulată montate una în alta. ț ț
Asemenea evi se pot utiliza eficient în construc ia condensatoarelor i a vaporizatoarelor, ț ț ș
sunt foarte moderne i se produc in Japonia, SUA, Germania sau Fran a. Suprafe ele evilor ș ț ț ț
prezintă diferite tipuri de cavită i, proeminente, piramidale sau asperită i, realizate prin ț ț
diverse procedee tehnologice noi. Suprafe ele neregulate ale acestor evi pot intensifica ț ț
transferul termic în cazul schimbării stării de agregare, pentru că favorizează amorsarea
fierberii, respectiv a condensării. Din acest motiv aceste evi mai sunt numite i evi de ț ș ț
nuclea ie. ț
Figura 2.8. evi cu suprafe e neregulate. Ț ț

În figura 2.9. este prezentată o eavă din materiale compozite. Asemenea evi se pot ț ț
utiliza i în condensatoare i în vaporizatoare, atunci când condi iile de transfer termic sunt ș ș ț
mediocre atât în interior cât i în exteriorul evilor. Aceste evi combină avantajele nervurilor ș ț ț
exterioare cu cele ale generatoarelor interioare de turbulen ă. Există mai multe variante de ț
asemenea evi printre care se pot aminti: ț

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 38
-evi cu nervuri elicoidale la interior i structură piramidală la exterior; ț ș
-evi cu nervuri elicoidale atât la interior cât i la exterior. ț ș
Diametrele pentru care se produc
asemenea evi sunt ț de 10.19 mm.
Figura 2.9. eavă realizată din materiale compozite Ț
2.1.4. Uzura i deteriorarea evilor în exploatare ș ț
Calitatea materialelor din care se realizează evile, ca i materialele din care se ț ș
realizează acestea trebuie să fie dintre cele mai bune deoarece în timpul func ionării, acestea ț
sunt supuse coroziunii i unor solicitări care le pot distruge, sau le pot diminua capacitatea de ș
transfer termic.
În figura 2.10 este prezentată o eavă nervurată corodată în exterior pe durata ț
func ionării, iar în figura 2.11 esteț prezentată o eavă nervurată ț
corodată în interior.

Figura 2.10. eavă nervurată corodată la exterior. Ț

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 39
Figura 2.11. eavă nervurată corodata interior. Ț
În figurile 2.12 și 2.13 sunt prezentate evi distruse datorită solicitărilor la care au fost ț
supuse în timpul func ionării.ț

Figura 2.12. eavă Ț
spartă datorită presiunii ghe ii ț
formate în interior.

Figura 2.13. eavă fisurată longitudinal. Ț
Din ultimele două imagini se observă că evile nu se fisurează transversal, ci ț
longitudinal, sau altfel spus se sparg (crapă).

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 40
2.2. Calculul termic
Calculul termic al schimbătoarelor de căldură se bazează pe două ecua ii și anume: ț
1.Ecua ia bilan ului termic pe aparat; ț ț
2.Ecua ia transmiterii căldurii în aparat. ț
Aceste ecua ii corelează opt mărimi principale: ț
-sarcina termică a aparatului (Q);
-aria suprafe ei de schimb de căldură (S); ț
-temperaturile de intrare și de ieșire ale agentului primar (t1’, t1”);
-temperaturile de intrare și de ieșire ale agentului secundar (t2’, t2”);
-debitele agen ilor termici (m1, m2). ț
Deoarece sarcina termică nu reprezintă o variabilă independentă, prin calculul termic se
pot determina două mărimi necunoscute în func ie de restul de cinci mărimi, ale căror valori ț
trebuie cunoscute (date, alese sau calculate).
2.2.1. Ecua iile de bază ale calculului termic. ț
Calculul termic al schimbătoarelor de căldură are la bază ecuația de bilanț termic pe
aparat și ecuația de transmitere a căldurii.
Ecua ia de bilan termic pe un schimbător de căldură are forma: ț ț
Q1=Q2+Qp=Q2
ƞr (2.1)
unde, Q1,Q2 – fluxul termic cedat de agentul termic primar, respectiv primit de agentul termic
secundar, în W.
Q1=m1∙cp1∙(t1'−t1''
)=m1∙(i1'−i1''
)=C1∙(t1'−t1''
)=C1∙∆t1 (2.2)
Q2=m2∙cp2∙(t2''−t2'
)=m2∙(i2''−i2'
)=C2∙(t2''−t2'
)=C2∙∆t2 (2.3)
C1=m1∙cp1 (2.4)
C2=m2∙cp2 (2.5)

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 41
∆t1=t1'−t1'' (2.6)
∆t2=t2''−t2' (2.7)
-Qp−¿fluxul termic pierdut în mediul ambient, în W;
-ƞr – coeficientul de re inere a căldurii în aparat, ț ƞr = 0,980…0,995;
-m1,m2 – debitul masic al agentului primar, respectiv secundar, în kg
s;
-cp1,cp2−¿ căldura specifică la presiune constantă a agentului termic primar, respectiv
secundar, în J
kg∙K;cp1,cp2 se consideră constante în lungul curgerii fluidelor prin
aparat, în calcule folosindu-se valorile lor medii;
-C1,C2−¿ capacitatea termică a agentului primar, respectiv secundar, în W
K;
-t1',t1''−¿ temperatura agentului primar la intrarea, respectiv ieșirea din aparat, în ℃;
-t2',t2''−¿ temperatura agentului secundar la intrarea, respectiv ieșirea din aparat, în ℃;
-∆t1,∆t2−¿ varia ia temperaturii agentului primar, respectiv secundar, în ț ℃sau℉;
-i1',i1''−¿entalpia agentului primar la intrarea, respectiv ieșirea din aparat, în J
kg;
-i2',i2''−¿entalpia agentului secundar la intrarea, respectiv ieșirea din aparat, în J
kg.
2.2.2. Cazuri particulare.
Pentru QP=0(ƞr=1), ecua iile de bilan termic pe cele două fluide sunt: ț ț
{Q1=Q
Q2=Q (2.8)
Pentru Qp≠0(ƞr<1), ecua iile de bilant termic pe cele doua fluide sunt: ț
{Q1=Q+Qp
Q2=Q sau {Q1=Q
Q2=Q−Qp (2.9)

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 42
unde, Q este sarcina termică a aparatului – fluxul termic transferat prin suprafa a de schimb de ț
căldură a aparatului, în W.
Ecua ia de trasmitere a căldurii ț – exprimă sarcina termică a aparatului, Q, în forma:
Q=ks∙∆tmed∙S ⌈W⌉ (2.10)
unde, ks- coeficientul global de schimb de căldură de suprafa ă, considerat constant pe ț
întreaga suprafa ă de schimb a aparatului, în țW
m2∙K; S – aria suprafe ei de schimb de căldură a ț
aparatului, în m2; ∆tmed- diferen a medie de temperatură agen ilor termici, în ț ț ℃.
Observa ii: ț
Pentru aparatele tubulare, ecua ia de transmitere a căldurii se poate scrie și sub forma: ț
Q=k1∙∆tmed∙l [W] (2.11)
în care, k1- coeficientul global de schimb de căldură liniar, considerat constant în aparat, în
W
m∙K; l- lungimea însumată a evilor schimbătorului de căldură, în m. ț
Când anumite proprietă i termofizice ale fluidelor se modifică foarte mult cu ț
temperatura, coeficientul global de schimb de căldură nu mai poate fi considerat
constant pe întreaga suprafa ă (de exemplu, modificarea vâscozită ii poate determina ț ț
schimbarea regimului de curgere). În acest caz, ecua ia de transmitere a căldurii se ț
poate aproxima prin:
Q=∑i=1n
∆Qi=
(∑i=1n
kS,i∆si)∆tmed[W] (2.12)
în care suprafa a de schimb de căldură este divizată în “n” păr i. ț ț
2.2.3. Diferen a medie de temperatură. ț

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 43
În general, diferen a medie ț
de temperatură între cei doi
agen i termici ț variază în lungul
suprafe ei de ț schimb de
căldură. Diferen a ț medie de
temperatură, ∆tmed , se determină în
mod diferit pentru aparatele cu
schemă de curgere paralelă
(echicurent și contracurent) și
pentru aparatele cu schemă de curgere neparalelă (curent încrucișat și curent mixt).
Diferen a medie de temperatură pentru aparatele cu schemă de curgere echicurent și ț
contracurent
Varia iile temperaturilor agen ilor termici în lungul suprafe ei de schimb de căldură în ț ț ț
cazul aparatelor cu schemă de curgere echicurent și contracurent sunt redate în figurile de mai
jos, notându-se: L – lungimea suprafe ei de schimb de căldură, în m. ț

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 44
Figura 2.14.Varia iile temperaturilor în schimbătorul de căldură cu schemă de curgere ț
echicurent
Figura 2.15.Varia iile temperaturilor în schimbătorul de căldură cu schemă de ț
curgere
contracurent
și ambele
fluide
monofazice.
La stabilirea
expresiei diferen ei ț
medii de temperatură,
se fac următoarele
ipoteze:
pierderile de căldură în mediul ambiant sunt neglijabile, adică ƞr=1;
coeficientul global de schimb de căldură ( ks), debitele fluidelor ( m1,m2) și căldurile
specifice ale acestora ( cp1,cp2) sunt constante în lungul aparatului (suprafe ei de schimb ț
de căldură);
conduc ia axială (în lungul suprafe ei) este neglijabilă; ț ț

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 45
aria suprafe ei de ț
schimb de căldură variază
liniar cu lungimea ei și se
pleacă de la ecua iile de ț
bilan ț termic pentru
două elemente
diferen iale din ț
cele două fluide.
Observa ii ț
1.În ecua ia bilan ului ț ț
termic semnul
minus indică o reducere a temperaturii în lungul suprafe ei, semnul plus indicând o ț
creștere a acesteia;
2.Temperatura agentului primat t1, va scădea întotdeauna în lungul suprafe ei, în timp ce ț
temperatura agentului secundar, t2, crește pentru curgerea în echicurent și scade în
cazul curgerii în contracurent.
Diferen a medie de temperatură pentru aparatele cu schemă de curgere curent încrucișat și ț
curent mixt.
Pentru aparatele cu schemă de curgere curent încrucișat (CÎ) și curent mixt (CM),
diferen a medie de temperatură se determină cu rela ia: ț ț
∆tmed=∆tmed,CÎ(CM)=F∆tmed,CC (2.13)
Factorul de corec ie F, care modifică diferen a medie de temperatură ob inută ț ț ț
considerând curgerea în contracurent, este func ie de două rapoarte, P și R, și de tipul curgerii. ț

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 46
Figura 2.16. Schema de calcul pentru schimbătoarele de căldură cu schemă de curgere în
curent încrucișat
Criteriu P R
Defini ie țRaportul dintre gradul de
încălzire a agentului secundar
în aparat și diferen a maximă ț
disponibilă.Raportul între capacită ile ț
termice ale celor doi agen i ț
termici
Rela ie matematică ț
P=∆T2
∆Tmaxd=T2''−T2'
T1'−T2'R=C2
C1
Ambele criterii se calculează cu rela iile matematice descrise mai sus, indiferent de spa iul din ț ț
aparat prin care circulă cele două fluide.
Observa ie ț
Factorul de corec ie este subunitar crescând odată cu scăderea lui R și P. Pentru cele ț
patru temperaturi ale agen ilor termici, diferen a medie de temperatură maximă se ob ine ț ț ț

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 47
pentru curgerea în contracurent, iar cea minimă pentru echicurent, celelalte tipuri de curgere
situându-se între aceste limite.
2.2.4. Calculul schimbătorului de căldură tubular
Am adoptat instalatia de răcire a apei de mare în circuit închis. Ea se deosebeste de
instalatia în circuit deschis prin faptul că lichidul de răcire, după ce iese din motor, se răce te ș
într-un schimbător de căldură i intră din nou în motor; schimbătorul de caldură se răceste cu ș
apa curgătoare sau cu aer. De obicei, la ie irea lichidului de răcire din motor, în instala ia de ș ț
răcire în circuit închis, se include un vas de compensare cu o rezervă de lichid de răcire pentru
compensarea lichidului evaporat.
În cazurile în care vasul de compensare este prevăzut cu o supapă care men ine în ț
instala ie o presiune mărită până la 1.2÷1,3 bar, temperatura apei cre te până la 105°C. ț ș
Este necesar ca pompa care asigură circula ia în instala ia în circuit închis să fie o ț ț
pompă centrifugă, pentru ca aceasta are un randament ridicat.
Dacă motorul se montează pe nave deasupra liniei de plutire, pompa de apă curgatoare
trebuie sa fie autoamorsată.
Schema instala iei de răcire în circuit închis cuprinde: ț
1.Pompa de apă potabilă;
2.Pompa de apă de mare;
3.eava de transvazare;Ț
4.Răcitor apa-apa;
5.Carcasa termostatului;
6.Vas de compensare.
Condi iile pe care trebuie să le îndeplinească schimbătorul de căldură: ț

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 48
să nu perturbe condi iile func ionării optime a procesului tehnologic în care este ț ț
introdus, problema deosebită fiind aceea a respectării cu stricte e a regimului de ț
temperatură cerută de acel proces;
să realizeze un schimb de căldură cât mai intens între cei doi purtători de energie;
să aibă pierderi de căldură cât mai mici către mediul ambient, adică o bună izola ie ț
termică fa ă de mediu; ț
să prezinte în exploatare o siguran ă i securitate maximă, care sunt determinate de ț ș
posibilitatea unui control u or i a unui reglaj corespunzator al temperaturilor, de ș ș
u urin a deservirii, de respectarea condi iilor de securitate a aparaturii i a ș ț ț ș
personalului de exploatare;
să fie, pe cât posibil, u or de construit i de montat, cât mai compact i să necesite o ș ș ș
investi ie cât mai redusă; ț
să prezinte o eficien ă economică cât mai mare, pentru care o importan ă deosebită o ț ț
are alegerea celor mai adecva i purtători de căldură i a parametrilor acestora, în ț ș
măsura în care purtătorii i parametrii lor nu sunt impu i de procesul tehnologic în ș ș
care este încadrat schimbătorul de căldură respectiv.
Se consideră:
-debitul apei dulci (agent primar): G1=14[Kg
s];
-temperatura de intrare a apei dulci: t1'=100℃;
-temperatura de ie ire a apei dulci: șt1''=50℃;
-presiunea apei dulci: p1=50¯¿;
-temperatura de intrare a apei de mare (agent secundar): t2'=17℃;
-temperatura de ie ire a apei de mare: ș t2''=22℃;
-presiunea apei de mare: p2=3,5¯¿;

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 49
-diametrul exterior/diametrul interior: de
di=30
20.
1.Calculul diferen ei medii de temperatură ț ∆min pentru contracurent
∆tmin=(t1''−t2';t1'−t2'')
∆tmin=min(50−17;100−22)
∆tmin=min(33;78)=33℃
∆tmax=¿)
∆tmax=max(33;78)=78℃
∆tmed=∆tmax−∆tmin
ln∆tmax
∆tmin
∆tmed=78−33
ln78
33=52,31333884℃
Pentru agentul primar avem:
t1med=R(t2''+∆tmed)−t1'
R−1℃
t1med=10(22+52,31333884 )−100
10−1=71,4592657℃
R=t1'−t1''
t2''−t2'=100−50
22−17=10
Pentru agentul secundar avem:
t2med=Rt2''+∆tmed−t1'
R−1℃=19,14592653℃

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 50
2.Adoptarea unui coeficient de transfer global
Ks=1400
[W
m2∙K]
3.Calculul fluxului de agent termic primar
Q1=G1∙Cp1∙(t1'−t1'')[W]
Q1=2933700[W]
4.Adoptarea coeficientului de re inere ț
ƞr=(0,85÷0,9)=0,9
5.În func ie de ț ƞr, calculul fluxului de agent termic secundar este:
Q2=ƞr∙Q1
Q2=2640330[W]
6.Calculul debitului agentului secundar
G2=Q2
Cp2(t2'−t2'')⌈Kg
s⌉
G2=120,0114542[Kg
s]
7.Calculul suprafe ei de schimb termic ț
Fs=Qs
Ks∙∆tmed[m2]
Fs=59,37817499 [m2]
Precizăm ca apa de mare este agent intratubular i apa dulce este agent extratubular. ș

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 51
8.Adoptare lungimii evilor ț
L=(1÷2,5)[m]
Alegem L=1,5[m]
9.Calculul preliminar de evi ț
nz=Fs
π∙de∙L
nz=382,5 . Conform STAS, alegem: nzSTAS=439 eviț
10.Calculul sec iunii oferite fluidului intratubular ț
Stin- sec iunea liberă transversală medie a eviiț ț
Stin=π∙d2
4
S¿=nz∙Stin⌈m2⌉
S¿=0,215493621 [m2]
11.Calculul vitezei fluidului intratubular
W¿=G¿
ρ∙S¿[m
s]
W¿=0,531310972[m
s]
12.Adoptarea modului de aranjare a evilor ț
Se adoptă aranjarea în hexagon a evilor: ț
de=30[mm]
di=25[mm]

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 52
D=de−di=5[mm]
S=de+D=35[mm]
u=D+(1÷5)=10[mm]
a=10
b=2a−1=19eviț
Dmi=(b−1)S+de+2u[mm]
Dmi=820[mm]
13.Se verifică raportul
L
Dmiϵ(1÷2,5)[m]
L
Dmi=1,8296[m]
14.Calculul sec iunii oferite fluidului extratubular ț
Sex=π∙Dmi2
4−nzπ∙de2
4[m2]
Sex=0,21779091[m2]
15.Calculul diametrului echivalent
dechi=4Sex
π∙nz∙de[m]
dechi=0,021055429 [m]
16.Calculul vitezei fluidului extratubular

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 53
Wex=Gex
ρ∙Sex[m
s]
Wex=0,065943617[m
s]
Datorită fluidului extratubular, suntem nevoi i să folosim icane transversale. Adopăm un ț ș
număr de 4 icane cu distanta “h” între ele. ș
h=L
ns+1[m]
h=0,3[m]
17.Adoptarea lungimii “I” a icaneiș
I>Dmin
2[mm]
Adoptăm I=777,5[mm]
ns1=12 eviț
ns1= numărul de evi care trec prin por iunea lăsată liberă de către icană ț ț ș
18.Recalcularea sec iunii oferite fluidului extratubular ț
Sex=√S1∙Str[m2],
unde: Str=sec iunea liberă de scurgere transversală pe evi a fluidului extratubularț ț [m2];
Str=h∙Dmi∙(1−de
S)=0,035142857 [m2]
S1=portiunea lasată liberă, de scurgere longitudinală (paralel cu evile) a fluidului ț
extrabular [m2];

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 54
S1=Dmi2
2(π∙φ
180−sinφ)−ns1πde2
4=0,066199808 [m2]
-Dmi= diametrul interior al mantalei [m];
-de= diametrul exterior al evii ț[m];
-S= pasul dintre evi ț[m];
-φ= unghiul la centru, corespunzător corzii care delimitează icana; ș
φ=58°
Sex=0,048233291 [m2]
19.Recalcularea vitezei fluidului extratubular
Wex=Gex
ρ∙Sex[m
s]
Wex=0,29775942[m
s]
20.Calculul de coeficient de transfer termic global
Pentru determinarea coeficientului de transfer termic, avem nevoie de αi ,αe i șλp iar pentru
dimensionarea acestora, calculăm temperaturile medii ale peretelui evii la interior i la ț ș
exterior, după formula:
tpm=t1med+t2med
2[℃]
tpm=45,350259591 [℃]
-ti= temperatura medie a peretelui evii la interior; ț
ti=t1med+t2med
2=32,22426122℃

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 55
-te=¿ temperatura medie a peretelui evii la exterior; ț
te=t2med+tpm
2=58,3809306℃
Calculul lui αi:
Pentru calculul lui αi ne folosim de ν, Pr, λ ale căror valori vor fi luate din tabelele pentru
temperaturile de 30°C si 40°C iar în urma interpolărilor rezultă valorile lor pentru temperatura
ti si avem:
ν=0,811152075∙10−6
λi=0.652870306
Pri=5.431762355
Re=Wi∙di
νi
Re=16375.1961 – regim turbulent; Reϵ(4000;40000)
Nu=0,193∙Pr13=136.4284132
αi=Nu∙λi
di=3560.802394
Calculul lui αe:
Pentru calculul lui αe ne folosim de ν, Pr, λ ale căror valori vor fi luate din tabelele pentru
temperaturile de 50°C si 60°C iar, în urma interpolărilor rezultă valorile lor pentru temperatura
te i avem:ș
ν=0.490628741∙10−6
λex=0.357219023

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 56
Prex=3.070667887
Re=Wex∙dechi
νex
Re=12778.40721- regim turbulent; Reϵ(4000;40000)
Nu=0,193∙Pr13∙Re0,618
Nu=96.77671324
αe=Nu∙λex
dechi=3020.764712
λp=110[W
m] – pentru peretele din alamă
Calculul coeficientului de transfer termic global, raportat la metrul liniar de eavă, este realizat ț
cu formula:
K=1
1
π∙d1∙α1+1
2π∙λplnde
di+1
π∙de∙αe∙φ
φ= coeficient care ine cont de murdărire i a cărui valoare se ia între (0.7÷0.9), în func ie de ț ș ț
gradul apreciat de murdarire.
Adoptăm φ=0,9
Trecerea de la coeficientul K, raportat la metrul liniar de eavă, la coeficientul K ț 5, raportat
la m2 de eavă care intervine în ecua ie în calculul suprafetei Fț ț s , se face cu ajutorul rela iei: ț
Ks=K
π(de+di)
2=1417.342728
K = 122.4496214

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 57
Verificarea coeficientului de transfer termic global se face cu formula:|K−Ks|
K∙100≤5, unde:
K=1400
Ks=1417.342728
|1400−1417.342728|
1400∙100=1,238766285≤5%
CAP III. SCHIMBĂTOARELE DE CĂLDURĂ CU PLĂCI
3.1. Evolu ie. Clasificare. Domenii de utilizare. ț
Conceptul de schimbător de căldură cu plăci datează de la începutul acestui secol,
nefiind însă suficient exploatat până la Richard Seligman, fondatorul lui AVP International
Ltd, prima firmă ce a introdus, în 1923, comercializarea schimbătoarelor de căldură cu plăci și
garnituri, primele aparate de acest tip fiind limitate din punct de vedere a condi iilor de ț
func ionare la o presiune de 2 bar și o temperatură de aproximativ 60ț ℃. De atunci,
schimbătoarele de căldură cu plăci și garnituri au rămas practic neschimbate din punct de
vedere constructivși a tehnologiei de fabrica ie, dar dezvoltările din ultimele decenii au ț
condus la ridicarea parametrilor opera ionali – presiune și temperatură la 30 bar, respectiv ț
180℃, prin marea varietate existentă la nivelul materialelor din care pot fi realizate plăcile și
garniturile de etanșare.
Se pot distinge două categorii de aparate: schimbătoare cu suprafa ă primară i ț ș
schimbătoare cu suprafa ă secundară. ț
Între plăci este inserată o umplutură metalică ce reprezintă o suprafa ă suplimentară, ț
secundară, de transfer de căldură.

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 58
Figura 3.1.Clasificarea schimbătoarelor de căldură cu plăci.
Aceste aparate sunt realizate prin îmbinarea de plăci care realizează între ele spa ii prin ț
care circulă agen ii care schimbă căldura. Acești agen i ocupă alternativ spa iile dintre plăcile ț ț ț
schimbătorului de căldură, astfel încât să nu se amestece între ei. În consecin ă, spa iile dintre ț ț
plăci trebuie să fie etanșate fară de exterior și fară de spa iile în care se găsesc al i agen i. ț ț ț
Există patru variante tehnologice de realizare a schimbătoarelor de căldură cu plăci:
1.Schimbătoarele cu plăci și garnituri demontabile;
Sunt de tipul prezentat în figura 3.2. Plăcile între care se introduc garniturile, se
montează împreună între o placă de bază și una mobilă. Plăcile pot să fie demontate în vederea
cură irii. Fixarea plăcilor se realizează cu ajutorul unor tiran i. Din punct de vedere al ț ț
schemei de curgere, se pot realiza curgeri în contracurent sau în echicurent.

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 59
Figura 3.2.
Schimbător
de căldură cu
plăci și garnituri
demontabile

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 60
Materialele din care se realizează plăcile depind de natura agen ilor de lucru, iar cele mai ț
utilizate sunt:
-o eluri inoxidabile; ț
-aliaje de aluminiu;
-aliaje de titan;
-aliaje cupru-nichel.
Grosimea plăcilor poate să varieze între 0,6…1,1 mm, sau chiar mai mult. Pentru
garnituri se pot utiliza, de asemenea, mai multe materiale în func ie de temperaturile de lucru: ț
-nitril (tmax= 110° C);
-butil (tmax= 135° C);
-etilen-propilen (tmax= 155° C);
-viton (tmax= 190°C).
Domeniul temperaturilor de lucru pentru aceste aparate poate să varieze între –50…
+190°C. Presiunile nominale maxime de lucru pot să ajungă până la 16…20 bar, iar diferen a ț
maximă dintre presiunile circuitelor poate sa ajungă până la 9…12 bar și în mod excep ional ț
la 20 bar.
Garniturile sunt elemente care limitează nivelul presiunilor și temperaturilor în
schimbătoarele de căldură cu plăci.
Construc ia monotrecere ț este varianta utilizată în mod curent. Fluidele circulă în
contracurent, racordurile fiind fixate pe un batiu fix. Cură irea este asigurată prin simpla ț
deschidere a batiului mobil fără demontarea racordurilor hidraulice.
Concep ia multitreceri ț permite o mai bună eficacitate termică în cazul unui regim de
temperaturi ridicate. Numărul egal de treceri pentru cele două fluide permite realizarea unui
schimb de căldură în contracurent. Racordurile sunt pozi ionate pe batiul fix dar și pe batiul ț
mobil.

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 61
1.batiu fix;
2.pachet de plăci;
3. batiu mobil;
4.ghidaj superior;
5.ghidaj inferior;
6.suport;
7.tiran i. ț
Figura 3.3.Construc ia unui ț
schimbător de căldură cu plăci
2.Schimbătoarele cu plăci sudate;
Din această categorie fac parte:
-plăcile dulapurilor de congelare, realizate din profile de aluminiu sudate, pentru a
forma platanele pe care se pastrează produse i canalele de curgere pentru agentul ș
frigorific care vaporizează;
-schimbătoarele de căldură realizate din plăci ambutisate i sudate ca în figura 3.4, ș
pentru a se asigura rezistenta mecanică i curgerea agen ilor, de regulă în contracurent. ș ț
Presiunile nominale maxime pot să ajungă până la 30…40 bar, iar domeniul de
temperaturi între care pot să lucreze este de -200…+200 ℃.

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 62
Figura 3.4.
Schimbătoare de căldură din plăci sudate
3.Schimbătoarele cu plăci brazate;
Sunt realizate cu plăci din o el inoxidabil asamblate prin brazare (lipire) cu ajutorul unui ț
aliaj pe bază de cupru, în cuptoare sub vid. Ansamblul schimbătoarelor de căldură de acest tip
este prezentat în figura 3.5 i figura 3.6. Se pot utiliza ca vaporizatoare sau ca schimbătoare ș
interne de căldură, dar numai pentru agen i cura i, deoarece nu se pot cură a decât prin spălare ț ț ț
chimică.
Figura 3.5. Schimbător de căldură din plăci brazate

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 63

Figura 3.6. Schimbătoare de căldură din plăci brazate de diferite dimensiuni
Compactitatea acestor aparate este foarte mare. Schimbătoarele de căldură cu plăci
având circuite imprimate sunt realizate din plăci metalice plane, având gravate pe suprafa a ț
circuite fine (cca. 1 mm), prin metode chimice. Plăcile sunt asamblate în blocuri prin încălzire
și presare, procedeu denumit și sudare sub presiune. Canalele sunt legate la două perechi de
colectoare, pentru a forma două circuite separate. Din aceste plăci se pot realiza
condensatoare și vaporizatoare foarte compacte.
Pentru a caracteriza performan ele și a alege tipul de plăci pentru un schimbător de ț
căldură se utilizează în general următorii parametri:
debitele primare și secundare care determină dimensiunile tubulaturii de racordare a
schimbătorului și permit stabilirea dimensiunilor plăcilor;
numărul de unități de transfer termic (NTC), care caracterizează temperatura pentru un
fluid, raportat la diferen a de temperatură medie între cele două fluide; ț
pierderile de presiune, impuse, în general, de utilizator.
Schimbătorul de căldură poate fi cu plăci de tipul L sau H a a cum se vede in figura 3.7. ș
Plăcile de tip H au un unghi de dispunere mai mare decât cele de tipul L. Plăcile de tip H sunt
mai adecvate pentru anumite temperaturi decât cele de tip L. Schimbătoarele de căldură cu

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 64
plăcide tip H au o capacitate mai bună de încălzire, dar i un nivel mai mare de pierderi de ș
presiune. Setul de plăci poate fi i o combinație a acestor două tipuri. Dacă una din două plăci ș
este o placă H, iar plăcile L sunt intercalate din două în două, combina ia este de tipul M. ț

Figura
3.7. Tipuri de plăci ale schimbătoarelor de căldura
cu plăci brazate
Aceste schimbătoarele sunt realizate din plăci presate i brazate, între care se realizează ș
canalele de circulație a fluidului. Turbulența mare i circulația în contracurent asigură ș
eficiența transferului de căldură. Scopul schimbătorului de căldură este transmiterea căldurii
de la circuitul primar la cel secundar prin intermediul unor plăci i împiedicarea amestecului ș
fluidelor din cele două circuite. Alegerea schimbătorului de căldură depinde de sarcina
termică, de temperaturile necesare i de pierderile de presiune permise. ș
Schimbătoarele de căldură cu 2 treceri, cele mai des utilizate, trebuie alese pentru
prepararea apei calde menajere. Schimbătoarele de căldură cu 2 treceri vor răci frecvent apa
din sistemul de termoficare sub 25 ℃. Această capacitate poate fi atinsă prin utilizarea unei
mari diferențe de temperatură, unui volum mai redus de apă, precum i cu un schimbător de ș
căldură cu o suprafață optimă de transfer al caldurii, asa cum se vede in figura 3.8.

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 65
T11 – Intrare circuit principal;
T12 – Ie ire circuit principal; ș
T1 12 – Circuit principal, a doua
intrare (2 treceri);
T21 – Intrare circuit secundar;
T22 – Ie ire circuit secundar; ș
T2 12 – Circuit secundar, a doua
intrare (2 treceri).
Figura 3.8..Schema de func ionare a schimbătoarelor ț
de căldură cu plăci brazate si cu 2 treceri
Se recomandă montarea schimbătoarelor de căldură cu baza în jos, în poziție verticală.
Astfel se asigură ventilarea maximă i reducerea mirosurilor neplăcute. Se recomandă ca toate ș
conductele racordate la schimbătorul de căldura să fie prevăzute cu robinete de închidere
pentru a facilita operațiunile de întreținere. Conductele trebuie prevăzute cu suporturi pentru a
împiedica acumularea tensiunilor de răsucire în racordurile schimbătorului de căldură.
Cei ce montează asemenea dispozitive recomandă ca schimbătorul de căldură să fie
prevazut cu izolatie.
.

Figura 3.9 Schema de curgere a fluidelor
în schimbătoarele cu plăci brazate

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 66
4.Schimbătoarele de căldură cu plăci având circuite imprimate.
Sunt realizate din plăci metalice plane, având gravate pe suprafa a circuite fine (cca. 1 ț
mm), prin metode chimice.
Plăcile sunt asamblate în blocuri prin încalzire i presare, procedeu denumit i sudare ș ș
sub presiune. Canalele sunt legate la două perechi de colectoare, pentru a forma două circuite
separate. Din aceste plăci se pot realiza condensatoare i vaporizatoare foarte compacte. ș
În prezent aceste tipuri de aparate sunt în curs de perfec ionare în special în Australia i ț ș
Marea Britanie.
3.2. Dimensiuni i parametrii geometrici. Performan e termohidraulice. ș ț
Principalii parametri geometrici ai schimbătoarelor de căldură cu plăci sunt:
β – unghiul de ondulare format între direc ia principală de curgere și de direc ia de ț ț
ondulare (β=90° pentru plăci cu caneluri drepte,β<90 ° pentru plăci cu caneluri
înclinate);
p – pasul de ondulare, în m;
H0 – înăl imea canalului sau înăl imea de ondulare, în m; ț ț
L – lungimea plăcii, în m;
e – înăl imea ondulării, în m; ț
l – lă imea plăcii, în m; ț
Sp – suprafa a de schimb de căldură a unei plăci, în ț m2.
Diametrul hidraulic pentru canalul dintre plăci este în general definit prin rela ia: ț
dh=4Sc
P=4l∙Ho
2(l+H0)=2H0[m] (3.1)
unde, Sc – sec iunea de curgere a canalului, în ț m2; P – perimetrul udat perpendicular pe
direc ia principală de curgere, în m. ț

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 67
3.2.1. Regimuri i configura ii de curgere ș ț
Configura ia curgerii într-un canal ondulat este influen ată ț ț în principal de criteriul
Reynolds, unghiul de ondulare și pasul adimensional:
p¿=p
H0 (3.2)
În tabelul următor este prezentată o sinteză a regimurilor de curgere ce pot apare intr-un
canal ondulat cu β=90℃.
Numărul Reynolds Caracteristicile curgerii
<100 Curgere laminară uniformă
100-200 Curgere scindată în două zone:
-Curgere predominant laminară în centru;
-Recirculare dinamică i stabilă în cavită i. ș ț
200-350 Curgere scindată în două zone:
-Curgere predominant laminară în centru;
-Curgere secundară nesta ionară în cavită i. ț ț
350-2000 Curgere turbulentă în configura ie foarte stabilă ț
>2000 Curgere turbulentă scindată în două zone:
-Curgere predominant turbulentă în centru;
-Zone cu viteze relative reduse la periferie.
Tabelul 3.1. Sinteza poten ialelor regimuri de curgere ț
Observa ii ț
Numărul Reynolds de tranzi ie ( țℜtr ) spre curgerea turbulentă depinde de unghiul de
ondulare și de pasul adimensional;
Pentru curgeri caracterizate de numere Reynolds superioare celor de tranzi ie, se pot ț
ob ine amestecuri mai bune ale fluidului, ceea ce conduce la recomandarea ț
utilizării schimbătoarelor de căldură cu plăci în tratarea fluidelor sensibile.
3.2.2. Pierderi de presiune

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 68
Principalele pierderi de presiune care apar la curgerea unui fluid printr-un schimbător de
căldură cu plăci sunt: 
pierderile de presiune din canale;
pierderile de presiune din secțiunile de intrare respectiv ie șire din aparat.
În general, se consideră că dimensiunile sec iunilor de admisie și evacuare sunt ț
importante pentru ca pierderile de presiune să devină neglijabile aici în raport cu cele dintre
plăci. Cunoașterea vitezei fluidului ce circulă printr-un canal al schimbătorului de
căldură cu plăci și considerarea diametrului hidraulic dh ca dimensiune caracteristică a
curgerii, conduce la exprimarea pierderilor de presiune func ie de coeficientul de frecare, f, ț
prin următoarea rela ie: ț
∆p=4fρ∙w2
2∙L
dh
(3.3)
unde, ρ – densitatea fluidului, în kg
m3 i w – viteza fluidului, în șm
s.
Coeficientul de frecare f este func ie de valoarea numărului Reynolds cât și de unghiul ț
de ondulare al plăcii și pasul adimensional p*, exprimându-se printr-o rela ie de forma: ț
f=a∙ℜ−b (3.4)
în care, coeficien ii a i b au valori date în literatura de specialitate în func ie de valoarea ț ș ț
pasului adimensional.
Precizare
Pentru Re=1000, curgerea printr-un canal ondulat este turbulentă în timp ce pentru o
eavăț netedă regimul este laminar.

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 69
3.2.3. Transferul de căldură
Coeficientul de schimb de căldură α, la curgerea printr-un canal ondulat, pentru un fluid
aflat încurgere monofazică, se exprimă analitic prin legătura dintre numărul Nusselt, Reynolds
și Prandtl, plus un termen de corec ie ce ine seama de varia ia proprietă ilor fizice ale ț ț ț ț
fluidului cu temperaturaîn stratul limită:
Nu=a∙Reb∙Prc∙
(Pr
Prp)0,25
=α∙dh
λ (3.5)
în care, λ – conductivitatea termică a fluidului, în W
m∙K; Prp- numărul Prandtl al fluidului la
temperatura peretelui; a,b,c-constante date de literatura de specialitate, în func ie de unghiul ț
de ondulare al plăcii β și pasul adimensional p*.
Depunerile în schimbătoarele de căldură cu plăci
Schimbătoarele de căldură cu plăci se comportă mai bine decât cele tubulare din punct
de vedere al func ionării reale în timpul căreia se pot forma depuneri pe suprafe ele plăcilor. ț ț
Cură area schimbătorului se poate face foarte simplu, fie prin procedee chimice eficace, fie ț
prin demontarea plăcilor atunci când o cură ire mecanică ț este necesară.
Particularită ile calculului termic pentru schimbătoarele de căldură cu plăci ț
Particularită ile calculului sunt legate de geometria canalului și de faptul că ț o dată cu
mărirea numărului de plăci pentru mărirea suprafe ei de schimb de căldură, viteza agen ilor ț ț
termici scade. Și în acest caz, calculul termic va fi înso it de calculul hidraulic. În ț
eventualitatea ob inerii unor pierderi de presiune mai mari ca cele impuse de func ionarea ț ț
aparatului, se impune fie mărirea numărului de canale (plăci), fie alegerea altui tip de placă.

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 70
3.3. Calculul termic al schimbătorului de căldură cu plăci
Se va efectua termic al unui schimbător de căldură ce apar ine instala iei de răcire cu ț ț
următoarele date tehnice:
Sarcina termică: Q=2933[kW];
Agentul termic primar : t1'=100 [℃ ]; t1''=50[℃];
Agentul termic secundar: t2''=17 [șC] t2''=22 [șC];
Randamentul termic: η= 99,7 [%];
Caldura specifică masică: cp1=cp2=4,186 [kJ/kgK].
3.3.1. Calculul termic preliminar
Figura 3.10. Diagrama varia ei temperaturilor cu suprafa tga de schimb de căldură pentru ț
circula tgia ncontracurentȋ
Din diagrama varia ei temperaturilor calculăm diferen tga maximă, respectiv minimă de ț
temperatură ntre agen tgii termici (primar i secundar). ȋ ș
∆tm=50−17=33℃

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 71
∆tM=100−22=78℃
Diferenta de temperatură medie logaritmică pentru circula tgia n contra curentȋ se
calculează cu rela tgia:
∆tml=∆tM−∆tm
ln∆tM
∆tm=78−33
ln78
33=52,32℃
Din ecua tgia de bilan tg termic se determină debitele agentului termic primar, respective
secundar:
Qut=ƞiz∙cp1∙(t1'−t1''
)=cp2∙(t2''−t2'
)=k∙S0∙∆tm[W]
G1=Qut
ƞiz∙cp1∙(t1'−t1''
)=2933
0,997∙4,186∙(100−50)=14,05[kg
s]
G2=Qut
cp2∙(t2''−t2'
)=2933
4,186∙(22−17)=140,13[kg
s]
Se calculează o suprafa tgă de schimb de căldură aproximativă (k~1400W/ m2K).
S0'=Qut
k∙∆tml=2933∙103
1400∙52,32=40,04[m2]
Dimensiunile plăcii prezintă următoarele caracteristici (pentru un element):
Suprafa a de schimb de căldură: s=0,20 ț m2;
Înăl imea: H=0,989m;ț
Lă imea: L=0,242m;ț
Orificii: d=0,070m;
Lă imea garniturii: g=0,0055m.ț
Determinarea numărului de plăci:

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 72
N'−2=S0'
s→N'=S0'
s+2→N'=40,04
0,20+2=200,2
N'−2=¿numărul de plăci care participă la transferul de căldură (din totalul N'de plăci,
cele de capăt sunt scăldate de agent termic doar pe o singură parte.
Pentru aflarea numărului de plăci se rotunje te la număr impar ș
N'=201
Numărul de canale pe circuit va fi: n=N'−1
2=100circuite
Se calculează viteza pe un circuit:
w=G
n∙ρ∙A
unde A este sec iunea de circula ie între 2 plăci i se calculează cu formula: ț ț ș
A=g∙L=5,5∙103∙0,242=1,331∙103[m2]
Secalculeazăvitezelepecele2circuitecuformulele:
w1=G1
n∙ρ∙A=14,05
100∙103∙1,331∙10−3=0,1055[m
s]
w1=G2
n∙ρ∙A=140,13
100∙103∙1,331∙10−3=1,0528[m
s]
3.3.2. Calculul termic definitiv
Din calculul termic preliminar s-a stabilit:
Dimensiunile plăcilor: 0,20 m2;
Numărul de plăci: N'=201;

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 73
Vitezele agen ilor termici: țw1=0,1055m
s ișw2=1,0528m
s;
Numărul de circuite: n=100
Se urmăre sgte determinarea cu exactitate a coeficientului global de transfer de căldură, a
suprafe tgei exacte sgi a numărului real de plăci.
a)Se calculează temperaturile medii ale agen ilor termici; ț
tm1=t1''+t1'
2=50+100
2=75℃
tm2=t2''+t2'
2=22+17
2=19,5℃
Fiecare temperatură prezintă următoarele mărimi fizice ob inute prin interpolări: ț
tm1
{ρ1=967,84
[kg
m3]
λ1=0,678[W
m∙K]
cp1=4,188[KJ
kgK]
v1=0,342∙10−6
[m2
s]
Pr1=2,07 tm2
{ρ2=96,25
[kg
m3]
λ2=0,6124[W
m∙K]
cp2=4,190[KJ
kgK]
v2=0,854∙10−6
[m2
s]
Pr2=5,8
b)Se calculează criteriile Repentruceidoiagen ițtermici;
Re=w∙lc
ϑ
In cazul schimbătorului de căldură cu plăci lungimea caracteristică lcse calculează cu
formula lc=2g, g este lă imea garniturii=5,5· ț 10−3deci:
lc=11∙10−3[mm]

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 74
Re1=w1∙lc
ϑ=0,1055∙11∙10−3
0,319∙10−6=3637,93
Re2=w2∙lc
ϑ=1,0529∙11∙10−3
0,854∙10−6=13561,94
c)Se calculează coeficien ii superficiali de schimb de căldură; ț
α=Nu∙λ
2g;Nu=C∙Rem∙Prn∙(fƞ
pƞ)0,14
unde:
-c, m i n = constantele plăcilor, dependente de unghiul nervurilor (β); ș
-f i p = vâscozitatea dinamică la temperature medie a fluidului i la temperature ƞ ș ƞ ș
medie a peretelui, dar raportul (fƞ
pƞ)0,14
sevalua1.
Calculele se vor efectua pentru un unghi β=120°: C=0,29; m=0,65; n=0,40.
Nu1=C∙Re1m∙Pr1n=0,29∙3637,930,65∙1,910,40=77,51
Nu2=C∙Re2m∙Pr2n=0,29∙13561,940,65∙5,80,40=284,31
α1=Nu1∙λ1
2g=77,51∙0,68
11∙10−3=4791,53
[W
m2K]
α1=Nu2∙λ2
2g=284,31∙0,613
11∙10−3=15843,82
[W
m2K]
d)Se calculază coeficientul global de transfer de căldură;
k=1
1
α1+∑δ
λ+1
α2=1
1
4791,53+2∙10−5+0,6∙10−3
50+1,2∙10−5+1
13561,94=3063,37
[W
m2K]

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 75
unde: ∑δ
λ=δp1
λp1+δol
λol+δp2
λp2 = 2∙10−5+1,2∙10−5+5∙10−5
[m2K
W]
e)Se calculează suprafa a reală de schimb de căldură i numărul de plăci; ț ș
Qut=k∙S0∙∆tm[W]
S0=Qut
K∙∆tm=2933∙103
3063,37∙52,32=18,30[m2]
N'−2=S0'
s→N'=S0'
s+2→N'=18,30
0,20+2=93,5=93
f)Calculul erorii.
ε=|Q−Qut|
Qut∙100≤5%
ε=0,009988∙100≤5%
ε=0,9988≤5%

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 76
CAP. IV. SCHIMBĂTORUL DE CĂLDURĂ CU PLĂCI VERSUS
SCHIMBĂTORUL DE CĂLDURĂ CU TUBULATURI. AVANTAJE I Ș
DEZAVANTAJE
4.1.Avantaje i dezavantaje ș
Domeniile de aplicabilitate a tehnologiilor întâlnite astăzi pe piața schimbătoarelor de
căldură poate fi caracterizată de patru variabile principale:
temperatura agentului cald;
presiunea de funcționare;
numărul de funcțiuni pe care le poate îndeplinii: vaporizator, condensator, schimbător
gaz/gaz, gaz/lichid, lichid/lichid;
numărul de unități de transfer de căldură (NTC) care poate fi considerat ca un indicator
a performanțelor schimbătorului.

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 77
Figura 4.1 prezintă fiecare tip de schimbător de căldură printr-un dreptunghi care este
definit de limitele de aplicabilitate și de performanțele termice maximale ale schimbătoarelor
de căldură existente astăzi pe piață.
Figura 4.1. Domenii de aplicabilitate a diverselor tipuri de schimbătoare de căldură
I.Schimbătoarele cu țevi și manta pot fi utilizate până la temperaturi și presiuni ridicate
(900℃, 100 bar) și îndeplinesc toate funcțiunile (gaz/gaz, gaz/lichid, lichid/lichid,
vaporizator, condensator), prezentând în schimb dezavantajul unor performanțe scăzute
de transfer, numărul NTC fiind limitat de valoarea 1.
II.Schimbătoarele de căldură cu plăci și elemente de etanșare nu pot fi utilizate nici în
condiții de temperaturi și presiuni superioare valorilor 200 – 250 ℃ și respectiv 20 bar,
nici ca schimbătoare
gaz/gaz, în schimb
performanțele de
transfer de căldură sunt
ridicate (NTC≈5).
III. Schimbătoarele cu
plăci sudate constituie un
progres remarcabil,
permițând atingerea
unor temperaturi de până la 450 ℃ și presiuni de 40 – 50 bar.

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 78
IV.Schimbătoarele cu plăci prezintă, în plus, alte avantaje, cum ar fi: compactitate,
fiabilitate, ușurința curățării, preț de cost redus.
Această analiză pune în eviden ă faptul că fiecare aparat răspunde unor cerin e specifice ț ț
domeniului său de aplicatibilitate.Totodată se observă o concuren ă pentru un număr mare de ț
aplica ii între schimbătoarele de căldură cu plăci i cele cu tubulaturi. ț ș
4.2. Criterii de determinare a eficien ei, de comparare și de alegere a schimbătoarelor de ț
căldură.
Alegerea celui mai indicat tip de schimbător de căldură, pentru anumite condi ii impuse ț
de procesul tehnologic, se face pe baza unor criterii cum ar fi: satisfacerea parametrilor
tehnico-func ionali –presiune, temperatură, mediu de lucru, eficien ă termică, randament ț ț
energetic, randament exergetic și parametrii tehnico-economici.
Eficien a schimbătorului de căldură ț
Eficien a termică a schimbătorului de căldură ț este exprimată prin rela ia: ț
ε=Qmax
Q (4.1)
Randamentul energetic
Se deduce din ecua ia de bilan ț ț scrisă pe baza Primului Principiu al Termodinamicii:
|Q1|=Q2+Qp[W] (4.2)
caz în care randamentul energetic este dat de rela ia: ț
ƞen=Q2
|Q1|=1−Qp
|Q1| (4.3)

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 79
reprezentând practic măsura calită ii izola iei termice a schimbătorului de căldură. ț ț
Randamentul exergetic
Se definește ca raportul dintre creșterea exergiei fluidului rece și scăderea exergiei
fluidului cald:
ƞex=∆E2
|∆E1|=1−πi
|∆E1|
(4.4)
în care, ∆E1- varia ia de exergie a agentului primar, în W; ț ∆E2-varia ia de exergie a ț
agentului secundar, în W; πi= pierderile de exergie care înso esc transferul de căldură în ț
schimbătorul de căldură analizat, în W.
CAP. V. ÎNTRE INEREA I REPARAREA SCHIMBĂTOARELOR DE Ț Ș
CĂLDURĂ

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 80
5.1. Montarea schimbătoarelor de căldură
Montarea corectă a schimbătoarelor de căldură se execută în conformitate cu indica iile ț
proiectantului de utilaje. Faptul că schimbătoarele de căldură se înscriu în gabarite normale
permite asamblarea lor i efectuarea probelor la uzina constructoare. ș
Caracteristic pentru montarea schimbătoarelor de căldură este gruparea acestora în
baterii, în cadrul bateriilor aflându-se utilaje de acela i tip, fapt ce u urează între inerea i ș ș ț ș
exploatarea (figura 5.1):
Figura 6.1.
Schimbătoare de căldură montate etajat
1-suport fix; 2 – suport mobil; 3 – plăci de timbru; 4 -plăcu e de reglaj i alunecare ț ș

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 81
O altă caracteristică este aceea că în schimbătoarele de caldură se vehiculează ingeneral
medii cu temperaturi ridicate. De aceea la schimbătoarele a ezate în pozi ie orizontală ș ț
montarea se face pe sei i supor i ce permit dilatările. Pentru a prelua deformările apărute în ș ț
urma dilatărilor ce apar în func ionarea schimbătoarelor de căldură, se iau la montaj ț
următoarele măsuri:
-raza seii de sprijin se majorează cu 3-5%;
-supor ii seilor metalice de fixare pe funda ie au prevăzute găuri ovale cu joc; ț ț
-toate legăturile tehnologice cu schimbătorul de căldură se fac la capătul fix al acestuia.
Recomandare
Pozi ia racordurilor nu trebuie să îngreuneze accesibilitatea pentru demontarea, ț
între inerea i repararea schimbătorului de căldură. Astfel, la aparatele tubulare se recomandă ț ș
ca racordurile de legatură pentru spa iul tubular să nu fie a ezate pe partea bombată, ci pe ț ș
por iunea cilindrică a capacelor. Aparatele cu fascicul tubular i cap mobil se montează ț ș
întotdeauna cu un spa iu axial liber, de o lungime mai mare decât a schimbătorului, pentru a se ț
putea extrage fascicolul în vederea cură irii sau repara iilor. În apropierea bateriilor de ț ț
schimbătoare este indicat să se afle guri de abur i apa pentru spălare, prize de aer comprimat ș
i de energie electrică.ș
5.2. Probarea schimbătoarelor de căldură.
In general, probarea schimbătoarelor de căldură se face în uzinele constructoare, dar de
multe ori după efectuarea unor repara ii în atelierele uzinelor chimice, aceste probe trebuie ț
repetate. De aceea considerăm necesar să le prezentăm succint:

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 82
Figura 6.2. Montarea inelului de probă
1 -flan a posterioară a corpului; 2 – prezoane; 3 – inel de probă; 4- nur de azbest sau cauciuc; ș ș
5 – flan a de stringere a garniturii; 6 – uruburi de stringere; 7 – placa tubulară a capului mobil. ș ș
Înaintea probei hidraulice se execută un control vizual al coresponden ei aparatului cu ț
proiectul i al aspectului exterior. Se urmăre te: ș ș
-depistarea fisurilor în suduri sau în zonele influen ate termic; ț
-neuniformită i ale cordoanelor de sudură (pe lă ime i înăl ime); ț ț ș ț
-descoperirea unor pori pe suprafa a cordonului de sudură. ț
După remedierea eventualelor defecte observate la controlul vizual, se trece la efectuarea
probei hidraulice, care se execută în conformitate cu normele ISCIR privind vasele de
presiune. Se verifică:
-îmbinările mandrinate dintre plăcile tubulare i evi; ș ț
-îmbinările prin flan e ale capătului mobil; ș
-corpul aparatului.
În tabelele 5.1 si 5.2 se prezintă succesiunea opera iilor efectuate la proba hidraulică, la ț
două tipuri de schimbătoare de caldură.

Tabelul 5.1.Opera ii efectuate la proba hidraulică a unui schimbălor de căldură cu manta i ț ș
fascicul tubular cu cap mobil
Partea de verificat Opera ii efectuate ț
Îmbinările prin mandrinare între plăcile
tubulare i evi ș ț- Se demontează capacul care permite
urmărirea plăcii tubulare i a evilor; ș ț
– Se strâng uruburile flan ei de la ș ș
capatul fix;
-Se montează un inel de construc ie ț
specială care etan ează cu presetupa ș
pe placa tubulară a capului mobil;
-Se introduce apa în interiorul
mantalei;
-Se lasă deschis robinetul de evacuare a

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 83
aerului până ce lichidul care iese nu
mai con ine bule de aer; ț
-Se închide aerisirea i se ridică ș
presiunea pâna la valoarea indicată în
normele ISCIR;
-Se urmăresc îmbinările între placă i ș
evi i ce înseamnă defectele;ț ș
-Dacă se constată că apa se scurge din
interiorul evilor acestea se înlocuiesc ț
sau se obturează la ambele capete cu
dopuri de o el; ț
-După înlăturarea tuturor defec iunilor ț
proba se repetă până se ob in rezultate ț
bune.
Îmbinările prin flan e ale capătului mobil ș-Se montează capacul anterior i ș
fundul bombat de la capătul mobil;
-Se introduce apa în fasciculul de evi; ț
-Se men ine deschis ventilul de aerisire ț
până în momentul când vina de lichid
evacuat nu mai con ine bule de aer; ț
-Se închide ventilul de aerisire i se ș
cre te treptat presiunea pâna la ș
presiunea de probă;
-Se remediază defectele observate i se ș
repetă proba.

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 84
Corpul aparatului-Se montează fla ele sau plăcile ce ș
etan ează păr ile de capăt ale corpuluiș ț
aparatului;
-Se introduce apa în corp;
-Se elimină aerul;
-Se închide robinetul de aerisire i se ș
ridică treptat presiunea;
-Se observă cu aten ie îmbinările cu ț
flan e, cordoanele de sudură;ș
-Proba se repetă după fiecare
remediere.
Tabelul 5.2. Opera ii efectuate la proba hidraulică a unui schimbător de căldură de construc ie ț ț
rigidă
Partea de verificat Opera ii efectuate ț
Îmbinările prin mandrinare-Se demontează capacele
schimbătorului;
-Se introduce apa în interiorul
mantalei, utilizându-se ventilul de
aerisire;
-Se închide ventilul de aerisire i se ș
ridică treptat presiunea până la
valoarea prescrisă;
-Se remediază defectele observate i se ș
repetă proba.
Îmbinările prin flan e la cele două capace ș-Se montează ambele capace ale
schimbătorului;
-Se introduce apa în evi men inând ț ț
ventilul de eliminare a aerului deschis
până ce se evacuează aerul din lichid;
-Se închide ventilul de aerisire i se ș

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 85
ridică presiunea treptat până la
atingerea presiunii de probă;
-Nu trebuie să se observe scăpări sau
prelingeri, în caz contrar se scade
presiunea, se remediază defectele i se ș
repetă proba.
5.3. Exploatarea schimbătoarelor de căldură.
Pentru o func ionare normală a schimbătoarelor de căldură este necesară o alegere ț
judicioasă a spa iului prin care curg cele doua fluide. Pentru aceasta se consideră necesară ț
respectarea câtorva indica ii: ț
Fluidul care participă la transferul de căldură cu debit volumetric mai mic, sau ale
cărui proprietă i fizice conduc la un coeficient de transfer termic K mai redus ț
(viscozitate mare, greutate specifică, conductivitate termică i caldură specifică ș
mică), trebuie trecut în spa iul interior, iar fluidele care în timpul trecerii prin ț
aparat î i schimbă starea de agregare trebuie dirijate în spa iul exterior. ș ț
La ac iuni corozive neidentice, ale celor două fluide, fluidul care pentru rezisten a ț ț
chimică cere un material mai scump, trebuie trecut în spa iul interior, în acest fel ț
realizându-se economie de material scump.
Fluidele impure sau care formează depuneri ce îngreuneaza transferul termic,este
indicat să se treacă prin spa iul interior al evilor, deoarece cură irea este mai ț ț ț
u oară în acest caz, iar posibilitatea realizării în spa iul interior a unor viteze de ș ț
curgere mai mari conduce la mic orarea depunerilor. ș
Presiunile ridicate ale fluidului impun cre terea grosimii peretelui vasului prin care ș
trece acesta. Din motive economice este indicat ca fluidul cu presiune mai mare să
fie dirijat în spa iul interior al evilor. ț ț
În cazul condensării sau răcirii până la temperatura mediului ambiant, când
pierderile de căldură sunt dorite, este avantajoasă trecerea fluidului mai cald prin
spa iul exterior, iar în cazul răcitoarelor sub temperatura mediului ambiant, ț

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 86
deoarece schimbul cu mediul este nedorit, fluidul cu temperatura mai joasă trebuie
trecut în spa iul interior. ț
Recomandare
Din punct de vedere tehnic i economic, vitezele de curgere i regimurile de temperatură ș ș
ale fluidelor constituie elemente esen iale pentru func ionarea optimă a schimbătoarelor de ț ț
căldură. Recomandam in tabelul 6.3 câteva valori ale acestor mărimi pentru unele cazuri
particulare (aparate din o el carbon, cu diametrul nominal al evii 15-50 mm, diametrul ț ț
mantalei 200-1600 mm, numărul de treceri în spa iul tubular de la 1 la 6,debite pentru lichide ț
1-1000 m3
h i pentru gaze 16-160000 șm3
h), când s-a considerat lichid reprezentativ apa, iar gaz
reprezentativ aerul.
Mediul fluidÎn spa iul tubular ț În spa iul intertubular ț
Viteza
[m
s]Alte
caracteristiciViteza
[m
s]Alte
caracteristici
Apa0,63-0,9
1-1,25-debite mari,
evi cu ț
diametru mic,
număr mare de
treceri;
-debite mici,
evi cu ț
diametru mare,
număr mic de
treceri.0,25-0,4
0,5-0,63-debite mari,
dimensiuni
constructive mici
ale mantalei;
-debite mici,
dimensiuni
constructive mari
ale mantalei.
6,3-8,5-debite mari,
evi cu ț
diametru mic,
număr mare de
treceri;2,4-4-debite mari,
diametre mici ale
mantalei;

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 87
Aer
8,5-12,5-debite mici,
evi cu ț
diametru mare,
număr mare de
treceri.4-6,3- diametre mari ale
mantalei i evilor, ș ț
debite mici
Tabelul 5.3 Valori recomandate pentru vitezele optime de curgere ale fluidelor
Temperaturile de intrare i ie ire a apei de răcire sunt date orientativ, pentru a mic ora ș ș ș
depunerile de piatră în condi iile ării noastre: ț ț
ti= 27 – 28°C;
te= 45 – 50°C.
Pentru temperaturile de intrare ti se dau valori orientative minime în condi iile ării ț ț
noastre, iar pentru temperaturile de ie ire ște se dau valori maxime.
5.4. Între inerea schimbătoarelor de căldură ț
Opera iile de între inere curentă se limitează la controlul vizual i strângerea îmbinărilor ț ț ș
cu flan e. La aceste opera ii schimbătorul de căldură rămâne cuplat în circuit. Opera iile de ș ț ț
cură ire ale schimbătoarelor de căldură se efectuează tot în cadrul opera iilor de între inere, ț ț ț
dar necesită oprirea i decuplarea aparatului. ș
Depozitele formate înrăută esc transferul termic i se caracterizează prin coeficien i de ț ș ț
murdărire a căror valoare se determină experimental. Natura acestor depozite este diferită, iar
procedeul de cură ire aplicat schimbătoarelor de căldură depinde de felul depozitului i ț ș
elementele constructive ale aparatului.
Tipul de depozite Provenien a ț
depozitelorCaracteristiciMetode
recomandate
pentru cură ire ț
Tari Coroziunea
metalelor, săruri,
cocs, ruginăRezisten a termică ț
variază propor ional ț
cu timpulChimică
Poroase Coroziuni i șRezisten a termică țProcedee combinate

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 88
incluziuni de
produse petroliere
sau de polimerizare
ale acestoramai ridicată ca a
depozitelor tarichimice i mecanice ș
MoiFluide ce con in ț
nămol, materiale
vegetaleSlabă aderen ă la ț
pere ițSpălare cu apă sau
abur
Tabelul 6.4. Tipuri de depozite i metode de cură ire ș ț
Procedee de cură ire ț
a)Cură irea chimică; ț
Este un procedeu utilizat în special pentru cură irea exterioară a schimbătoarelor de ț
căldură, unde se pot controla u or efectele de corodare ale metalului. Când în agentul chimic ș
se introduc inhibitori, cură irea chimică poate fi făcută i în interior, având avantajul că nu ț ș
necesită demontarea. Totodată se ine seama de costul ridicat al cură irii chimice. ț ț
Recomandare
Depozitele ce con in hidrocarburi se cură ă cu solu ii alcaline. Pentru depozitele formate ț ț ț
din săruri (piatră) se utilizează solu ie de metafosfat sau acid clorhidric diluat (15% în ț
greutate) cu inhibitori de coroziune.
b)Cură irea cu ajutorul ocului termic; ț ș
Constă în trecerea aburului prin evi, urmată de o stropire exterioară cu apă rece i se ț ș
bazează pe diferen a coeficien ilor de dilata ie termică a materialului evii i crustei. ț ț ț ț ș
Recomandare
Metoda ocului termic nu se recomandă la schimbătoarele cu fascicule tubulare la care ș
contractările rapide i neuniforme pot conduce la slabirea mandrinării evilor în placa ș ț
tubulară.
c)Cură irea prin mijloace mecanice; ț
Constă în indepărtarea depozitelor cu ajutorul unor scule ac ionate manual sau mecanic. ț
Deoarece acest procedeu presupune demontarea par ială a aparatului, volumul de lucrări ț
cre te fa ă de celelalte procedee. Se procedează în felul următor:ș ț
-se demontează capacele schimbătorului de căldură pentru a avea acces la suprafa a ț
interioară a evilor; ț

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 89
-depozitele mari se cură ă cu perii din material plastic în formă spirală ce se introduc ț
în evi, după care sunt împinse cu un jet de lichid sub presiune (1—2 țkgf
cm2);
-depozitele tari i poroase se îndepărtează cu scule a chietoare, ac ionate de ma ini ș ș ț ș
de găurit pneumatice sau electrice;
-se cură ă evile la exterior prin ra chetare i ciocănire, (cură irea este par ială), după ț ț ș ș ț ț
a ezarea evilor în placa tubulară.ș ț
d)Cură irea cu ultrasunete; ț
Se bazează pe pătrunderea vibra iilor ultrasonice (cu frecven e de 30 kHz) între metal i ț ț ș
crustă, materiale cu module de elasticitate diferită; ceea ce conduce la distrugerea crustei
respective.
e)Procedeele electromagnetice de curatire.
Constau în trecerea lichidului, ce con ine depuneri, printr-un câmp electromagnetic, care ț
pentru anumite substan e are proprietatea de a modifica sistemul de cristalizare, astfel că ț
precipitatul nu mai aderă la perete, rămânând în suspensie i putând fi îndepărtat prin purjări ș
repetate. Aceste procedeu este în curs de experimentare.

În multe cazuri, schimbătoarele de căldură sunt montate în instala ii de condensare. ț
Deoarece instala ia de abur este exploatată de catre personalul compartimentului ț
mecanoenergetic, considerăm necesar să prezentăm principalele cauze posibile ale unor
defec iuni i remedii ale instala iilor de condensare. ț ș ț
Defec iuni ț Remedii în cadrul opera iei de între inere ț ț
Îmbâcsirea purjorului i filtrului; ș Cură irea purjorului i a filtrului de ț ș
impurită i; ț
Ventile închise; Deschiderea ventilelor;
Contrapresiune în re eaua de ț
retur;apare în special la
schimbătoarele de căldură
instantanee i la bateriile de încălzire ș
ale aerului cu circula ie for ată; ț țMic orarea căderii de presiune în ș
interiorul aparatului (la punerea în
func iune); această defec iune este înț ț
general remediată în faza de regim;

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 90
Pătrunderea aerului; formarea unui
“dop de apă” care poate împiedica
aerul să ajungă în punctele unde sunt
legate eliminatoarele de aer;Dotarea cu dispozitive de eliminare a
aerului în punctele respective;
 Cantitate insuficientă de abur; Corelarea consumului instala iei cu ț
cantitatea de apă pe care o poate
furniza instala ia de alimentare; ț
 Presiunea prea scăzută; La proiectarea instalatiei nu s-a tinut
seama insuficienta masura de caderile
de presiune(conducte, aparate, ventile
etc.); se impune reproiectarea
instala iei; ț
Presiune excesivă; apare la
inslala iile ce con in purjoare ț ț
mecanice (oala de condensare, cu
plutitor etc.), iar presiunea
depă e te valoarea maximă admisă ș ș
în exploatare împiedicând
deschiderea purjoarelor;Crearea unei căderi de presiune prin
rezistent;
Obtura ii ale liniilor principale sau ț
secundare de alimentare cu abur sau
în relur;Cură irea sistemului de corpuri ț
străine ce se găsesc întotdeauna în
instala iile noi; ț
Retur necorespunzător datorită:
-supraînă ării returului ț
condensatorului i instalării la priza ș
de abur a unei valve de termoreglare;
-depă irii presiunii maxime prevăzute ș
(la instala iile de retur ale ț
condensatorului prin presiune);
-diferen ei de nivel insuficiente a țInstalarea unei pompe cu regulator de
nivel pentru returul condensatorului;
Verificarea i repararea supapei de ș
siguran ă; ț
Eroare de calcul; asigurarea

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 91
aparatelor, în raport cu nivelul apei
din cazan (la instala iile de abur de ț
joasă presiune).posibilită ii controlului presiunii apei ț
în cazan.
Radialoarele, convectoarele radiante
sau cu plăci nu încălzesc;Verificarea rapidă a purjoarelor de
condensat i a ventilelor; ș
Înclinarea insuficientă a liniei de
alimentate cu abur, a liniei de retur i ș
a condensatorului sau a
ramificatiilor;Verificarea i revederea înclinării ș
pentru a evita pierderile mari de
sarcină sau chiar obturările temporare
ale evilor;ț
Instalarea purjoarelor înainte de
verificarea prealabilă a îndepărtării
dispozitivelor de siguran ă (sârme, ț
protec ii aplicate pe capetele filelate, ț
plăci de blocare etc.);Demontarea i îndepărtarea ș
dispozitivelor de siguran ă; ț
Capacitate insuficientă a purjoarelor,
ce apare în special la presiunea din
stare rece sau la vârfuri de sarcină;Înlăturarea surplusului de condensat;
Infiltra ii de abur care se produc în ț
toate cazurile când purjoarele nu sunt
instalate imediat sub, sau lângă,
punctul de drenare;Verificarea modului de inslalare i ș
reinstalarea corectă a purjoarelor; În
cazurile când eava de aduc ie a ț ț
condensatorului la purjor este
instalată direct în mediu de abur
(cilindru rotativ, oale de condens cu
fund dublu); este necesar să se
prevadă dispozitive de dezaerare
pentru evacuarea aburului infiltrat
sau să se instaleze purjoare cu oala de
condensare răsturnată prevăzută cu
orificiu de dezaerare;

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 92
Ventile de control blocale în pozi ia ț
de închidere datorită unor avarii ale
obturatorului, ale tijei, ale
presgarniturii sau faptului ca ventilul
a înghe at; țVerificarea ventilelor i deblocarea ș
lor prin înlocuirea păr ilor defecte; ț
5.5. Repararea schimbătoarelor de căldură
Opera iile principale efectuate la repararea schimbătoarelor de căldură constau în: ț
-demontarea aparatului;
-stabilirea degradărilor;
-repararea plăcilor tubulare;
-repararea suprafe ei de transfer ( evi, serpentine); ț ț
-repararea corpului aparatului;
-verificarea i înlocuirea garniturilor i a asamblărilor demontabile; ș ș
-montarea i probarea aparatului. ș
-repararea plăcilor tubulare.
După demontarea aparatului se cercetează starea plăcilor tubulare. O placă tubulară
corespunzătoare trebuie să îndeplinească următoarele condi ii: ț
suprafe ele de etan are trebuie să fie perfect netede i plane; nu trebuie să existe ț ș ș
zgârieturi radiale, pori, lovituri etc.;
lipsa fisurilor între două orificii învecinate ale plăcii tubulare;
abaterile admisibile ale capacului fa ă de placa tubulară sunt de 0,2 mm (în timpul ț
a ezării pe suprafe ele prelucrate ale plăcii tubulare). ș ț
Fisurile apărute în plăcile tubulare ale căror lungime nu depă e te 10% din lungimea ș ș
distan ei între circumferin a evilor apropiate i cu o adâncime de cel mult 40% din grosimea ț ț ț ș
plăcii, se sudează în condi ii normale. Pregătirea fisurii pentru sudură se face prin sanfrenare ț
la 50-60° până la adâncimea maximă a fisurii.
Recomandare
Pentru fisurile adânci sau pătrunse marginile se pregătesc pentru sudură astfel:

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 93
-la grosimi de placă sub 15 mm margini în V;
-la grosimi de placă peste 15 mm margini in X. Pentru reducerea efectului termic al
sudurii, se recomandă sudarea fisurilor mai lungi de 100 mm – în pas de pelerin, iar a
fisurilor adânci – în mai multe straturi.
Repararea suprafe ei de transfer constă în urmatoarele: ț
controlul stării suprafe elor de schimb; ț
scoaterea evilor deteriorate sau obturarea lor; ț
pregătirea evilor în vederea introducerii în placa tubulară; ț
pregătirea plăcii tubulare;
fixarea evilor în placa tubulară; ț
proba hidraulică.
evile ce prezintă fisuri, degradări ale formei sau sub ieri ale pere ilor datoriăa uzurii, Ț ț ț
trebuie să fie înlocuite. La repara iile efectuate în cadrul reviziilor planificate se admite ț
obturarea cu dopuri cu conicitate 3-5%, a 10-15% din numărul total al evilor, iar dacă ț
numărul evilor defecte depă e te 15% este necesar ca toate evile să fie înlocuite. ț ș ș ț
La înlocuirea evilor se îndepărtează capetele defecte din găurile plăcii tubulare. Pentru ț
această opera ie se utilizează scule (freze, scule speciale, dălti etc.) În func ie de modul ț ț
de prindere (mandrinare, sudură) a evii în placa tubulară. Dacă trebuie înlocuite toate evile, ț ț
îndepărtarea lor se face cu ajutorul flăcării oxiacetilenice. Opera iile de pregătire a evilor i ț ț ș
plăcii tubulare în vederea fixării cuprind:
-sortarea evilor cu acela i diametru nominal; ț ș
-cură irea capetelor de eavă cu ma ina de lefuit, pilă sau alte mijloace;ț ț ș ș
-scurtarea evilor la dimensiunea necesară, cu ajutorul unui fierăstrău circular; ț
-controlul perpendicularită ii sec iunii tăiate pe generatoarea evii (sunt permise abateri ț ț ț
de la perpendicularitate de 0,02 din diametrul exterior al evii); ț
-tergerea, până la uscare totală, a găurilor din placa tubulară;ș
-verificarea aspectului găurilor (nu se admit zgârieturi cu o adâncime de peste 0,25
mm);
-controlul dimensiunii găurilor pentru evi (jocul dintre gaură i eavă trebuie să fie 1% ț ș ț
din diametrul exterior al evii). ț

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 94
Recomandare
Dacă din anumite cauze unele găuri depă esc limita maximă admisă a diametrului (0,02 ș
din diametrul exterior al evii), se introduc în găuri inele din o el moale ce se prelucrează ț ț
ulterior la cota necesară.
În general este contraindicată utilizarea evilor înădite prin sudura cap la cap pentru ț
valorificarea capetelor de eavă; acestea se sudează totu i, tinându-se seama de urmatoarele: ț ș
-cota minimă între două suduri este 2000 mm;
-cota minimă între o sudură i placa tubulară este 50 mm. ș
Pentru a realiza o îmbinare bună prin mandrinare, între placa tubulară i eavă trebuie să ș ț
fie o diferen ă de duritate de ~30 HB; pentru aceasta este necesară recoacerea prealabilă a ț
capetelor evilor de mandrinat. ț
CAP.VI. NORME NTSM I NORME PSI CE TREBUIESC Ș
RESPECTATE LA REALIZAREA UNUI SCHIMBĂTOR DE CĂLDURĂ
6.1. Norme de tehnica securită ii muncii ț
Siguranța și securitatea în exploatare are o importanță deosebită, făcând parte dintre
principiile fucționale, care primează asupra celor economice. Siguranța în funcționare
afectează aparatul schimbător de căldură însuși, pe când securitatea se referă la personalul
dedeservire.
Factorii principali care vin în considerare în această privință sunt:
a) compensarea dilatării termice ale pieselor aparatului schimbător de căldură;
b) realizarea unei rezistențe corespunzătoare la îmbinările demontabile și a etanșeității
eficiente;
c) prevenirea corodării pieselor aparatului schimbător de căldură;

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 95
d) posibilitatea de acces la suprafața de încălzire;
e) legarea corespunzătoare a aparatului schimbător de căldură;
Condițiile de exploatare optimă a schimbătoarelor de căldură sunt stabilite de proiectant
și specifică:
– alegerea judicioasă a spațiului prin care curg cele două fluide;
– vitezele de curgere;
– regimurile de temperatură a fluidelor.
Denumirea utilajuluiDurata de
serviciu
(ani)Ciclu de repara ii (ore) ț
Rt Re1 Re2 Rk
Schimbătoare
de căldură,
răcitoare i ș
condensatoareMediul neutru 16400080001600032000
Mediul u or corosiv ș14200040001600024000
Mediul puternic
coroziv720004000800016000
Tabelul 7.1. Norme tehnice
Întreținerea și repararea schimbătoarelor de căldură este reglementată prin norme tehnice
comform cărora se stabilesc ciclurile de reparații, exemplificate în tabelul de mai sus.
Exploatarea și întreținerea aparatului schimbător de căldura are ca scop menținerea
regimului la parametrii optimi de funcționare. Operațiile curente constau în verificarea
regimului de temperaturi și presiuni, asigurarea etanșeității prin flanșe și garnituri și curățarea
suprafețelor de schimb de căldură.
Curățarea suprafețelor de schimb de căldură se efectuează periodic, la intervale
determinate de natura fluidelor vehiculate. Metodele de curățare depind de natura depunerii și
starea sa (depunerea pietrei de calcar din apă, depuneri de săruri, nămol, gudroane și
microorganisme). Curățarea poate fi realizată prin procedee chimice, hidropneumatice, cu
ultrasunete, mecanice, hidraulice sau prin sablare.
Principalele defecte survenite în exploatarea schimbătoarelor de căldură sunt:
– corodarea corpului și fascicolului tubular;
– obturarea țevilor datorită depunerilor.

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 96
Aceste probleme implică măsuri sistematice privind reducerea efectelor coroziunii
(folosirea inhibitorilor de căldură, alegerea corectă a materialelor), exploatarea și întreținerea
corespunzătoare.
Alegerea materialelor este condiționată de condițiile de exploatare:
– oțel carbon pentru utilizări generale;
– oțel inoxidabil în condițiile utilizării produselor corozive, la temperaturi ridicate;
– alama navală pentru aparatele care folosesc ca agent de răcire apa de mare;
– aluminiu și cupru pentru condițiile exploatării la temperaturi scăzute.
Revizia schimbătoarelor de căldură are caracter periodic și constă în revizia internă și
proba de presiune.Revizia interna se efectuează după demontarea și curățarea
aparatului,urmărind stabilirea zonelor corodate, a fisurilor, deformărilor, a grosimilor pereților,
starea îmbinărilor sudate și mandrinate.
Proba de presiune poate fi de etanșare sau de rezistență. Proba de etanșare se efectuează
la presiunea nominală, ori de câte ori se montează sau demontează schimbătorul decăldura.
Proba de rezistența se efectuează la presiunea de probă (1,25 sau 1,5 din presiunea
nominală) la termenele prevăzute de instrucțiunile I.S.C.I.R. cât și după executarea unor
reparații și modificări.
Repararea schimbătoarelor de căldură cuprinde, în general următoarele operații:
-repararea corpului;
-repararea suprafețelor de transfer;
-remandrinarea sau resudarea țevilor slabite în plăcile tubulare;
-obturarea țevilor sparte;
-repunerea plăcilor tubulare;
-verificarea și în locuirea garniturilor și ansamblurilor demontabile;
-înlocuirea parțială sau totală a izolației termice.
Repararea mantalei se execută în conformitate cu metodele generale.
La reparațiile efectuate conform reviziilor planificate se admit defecte în cazul obturării
a 10-15% din numărul total de țevi, iar dacă numărul țevilor depășește 15% este necesar ca
toate țevile să fie înlocuite.
Placa tubulară se consideră corespunzătoare dacă îndeplinește condiția:

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 97
-suprafețele de etanșare sunt perfect netede și nu prezintă abateri de forma(nu au
zgârieturi radiale,pori,lovituri);
-lipsa orificiilor dintre două orificii învecinate, având drept cauză variațile periodice de
căldură care duc la eforturi termice ciclice (oboseală termică).
Fisurile a căror lungime nu depășește 10% din lungime si cu o adăncime de cel mult
40% din grosimea plăcii se pregătesc prin șanfrenare și se sudează dintr-o singură parte.
După reparații se execută proba hidraulică a aparatului conform instrucțiunilor ISCIR.
Se interzice executarea oricăror lucrări la elementele schimbătorului în timpul când
acesta se află sub presiune (reparații prin sudură, strângeri de șuruburi, ștemuirea unor pori).
Deschiderea în cazul reviziilor sau când procesul tehnologic o cere și în vederea golirii,
curățirii sau verificării, se va face numai după ce personalul de deservire a constatat în mod
sigur că nu mai este presiune și lichid tehnologic.
Deschiderea găurilor de acces și a orificiilor se va face întotdeauna de sus în jos
înordinea succesivă pentru ca aerul să nu poată intra în recipient și să formeze un amestec
exploziv.
În cazul în care diferența dintre temperatura mantalei, recipientului și a fluidului introdus
este mare, creșterea presiunii în recipient și respectiv a temperaturii, se va face treptat pentru
evitarea unor șocuri periculoase în pereții recipientului.
Intreprinderile de montaj sau recepție sunt obligate să supună recipientele sau elementele
acestora, verificări organelor ISCIR. În conformitate cu prevederile prezentelor prescripții.
Aceste verificări pot fi făcute și de personalul propriu al întreprinderilor constructoare, de
montaj sau de reparații autorizate în acest scop de ISCIR.
La verificarea reparațiilor se vor verifica, pe lângă prezentele prescripții și prevederile
prescripțiilor tehnice CR 4-90 (83)- Colecția ISCIR.
Verificarea recipientelor în perioada construirii montajului sau reparării, va cuprinde:
-verificarea îndeplinirii condițiilor cu privire la verificarea și avizarea proiectului de
execuție;
-verificarea calității materialelor utilizate, respectiv certificatelor de calitate și
corespondența materialelor cu documentația de execuție;
-verificarea îmbinărilor sudate;

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 98
-verificarea recipientelor asamblate sau elementelor acestora.
Verificarea îmbinărilor sudate va cuprinde:
-examinarea exterioară;
-încercări distructive;
-încercări nedistructive;
-încercarea la presiune hidraulică;
-încercarea pneumatică de etanșietate, după caz.
În vederea examinării exterioare, îmbinările sudate vor fi curățate în întregime dezgură,
oxizi, etc., pe o lățime a materialului de bază de circa 20 mm de o parte și de alta acusăturii, pe
ambele părți ale recipientului care se verifică (în cazul în care sudura a fost executată pe
ambele părți).
Examinarea exterioara a îmbinării sudate se face cu instrumente de măsură uzuale,
cușabloane și cu ochiul liber sau aparatele de mărit obișnuite (conform STAS 1263-88).
În îmbinările sudate nu sunt admise fisuri în cordonul de sudură sau în zona influențată
termic (ZIT), crestături marginale sau în cusătură, create, inclusiv de gaze sau dezgură,
abaterile de limită peste cele admise, dacă în documentația de execuție nu se prevădalte
condiții mai severe. De asemenea, nu se acceptă nepătrunderi la rădăcina cusăturii,mai mari de
15% din grosimea materialului de bază sau mai mari de 3 mm la grosimi peste 20mm.
Defectele plasate în îngroșarea cusăturilor nu vor fi luate în considerare.La analiza
macroscopică se va verifica respectarea tehnologiei de sudare privind numărul straturilor
încusătura sudată.
Examinarea nedistructivă a îmbinărilor sudate se recomandă să se facă după tratament
termic final.Îmbinările sudate care prezintă defecte exterioare mai mari, vor fi supuse
examinării nedistructive, numai după remediere.Porțiuni din îmbinările sudate care vor fi
examinate nedistructiv se vor stabili de către organele de control tehnic de calitate al
întreprinderii constructoare, de montaj sau reparatoare.
În urma examinării nedistructive rezultatele obținute trebuie să corespundă:
-condițiilor de admisibilitate în cazul radiografierii sau examinării cu
ultrasunete,conform prescripțiilor tehnice CR4-90-Colecția ISCIR;

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 99
-condițiilor de admisibilitate în cazul examinării cu lichide penetrante sau cu pulberi
magnetice, conform prescripțiilor tehnice CR4-90-Colecția ISCIR;
-condițiilor admisibile, prevăzute în normele elaborate de comun acord între proiectant
și întreprinderea constructoare cu avizul ISCIR.
6.2. Normele PSI
Pentru funcționarea normală a schimbătoarelor de căldură, cât și pentru alte aparate și
pentru evitarea funcționării acestora trebuiesc luate câteva măsuri.
Manipularea hidrocarburilor în instalațiile tehnologice necesită calificarea și cunoașterea
proceselor ce au loc în interiorul instalațiilor, precum și cunoștințe adecvate pentru evitarea și
stingerea incendiilor.
Ținând cont de pericolele pe care experiența le-a pus în evidență, la manipularea
fracțiilor ușoare trebuie respectate o serie de reguli,unele dintre ele fiind prezentate mai jos:
-nu este permisă introducerea aerului în prezența fracțiilor ușoare în utilaje și sisteme de
conducte decât în condiții controlate;
-pentru a evita autoaprinderea, în procesul de prelucrare la temperaturi de peste 300°C
trebuie evitate dezentașeizările și scăpările. Ventilele de scurgere, de luat probe vor fi
obligatoriu prevăzute cu capace în filet sau cu blinde;
-nu se vor descărca utilajele și instalațiile tehnologice care conțin hidrocarburi ușoare,
în prezența unor surse potențiale de incendiu;
-în caz de incendiu, muncitorii, personalul de întreținere va fi evacuat fără a crea însă
panică în rândul acestora;
-evacuarea aerului din instalație se va face controlat, fără manevrarea bruscă a
dispozitivelor de evacuare a acestuia, pentru a nu crea presiuni locale critice pentru
hidrocarburile cu care se află în amestec. Pentru a evita exploziile se va controla
riguros conținutul, compoziția și temperatura acestora.
Dacă apar scurgeri de fluid in instalație, se iau urgent următoarele măsuri:
-se îndepărtează sau se sting toate sursele de aprindere din zona de propagare;

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 100
-se opresc toate autovehiculele ce se îndreaptă spre zona de scăpări, dacă scăpările nu
pot fi stăpanite se opresc fluxurile tehnologice ale instalaților alăturate cât și ale
instalației afectate;
-se evacuează personalul de exploatare și întreținere, dacă există pericolul iminent al
unor deflagrații.
Pentru evitarea incidentelor ce pot apărea, cât și pentru exploatarea normală a
instalațiilor se angajează personal corespunzător pentru paza și întreținerea utilajelor.
Verificarea recipientului asamblat
Recipientele sub presiune vor fi supuse unor verificări și încercări, după asamblare astfel:
-verificarea cărții recipientului, partea de construcție;
-verificarea calității materialelor;
-verificarea aspectului și dimensiunilor;
-verificarea marcării;
-încercarea la presiune hidraulică;
-încercarea pneumatică de etanșeitate dacă se prevede în proiect;
-încercări speciale.
Verificările și încercările se execută de către organele ISCIR sau de către personalul
autorizat ISCIR.Verificarea aspectului și dimensiunilor va consta din:
-examinarea stării suprafețelor recipientului la interior și exterior;
-verificarea dimensiunilor elementelor în special cele stabilite prin calculul de
dimensionare.
Încercarea de presiune hidraulică se consideră reușită dacă nu se constată deformări
plastice vizibile, fisuri sau crăpături ale elementelor recipientului, picături sau scurgeri pe la
îmbinările sudate.
Funcționarea și exploatarea recipientului
În vederea asigurării condițiilor de funcționare în condiții de siguranță, unitățile
deținătoare au următoarele obligații și răspunderi:
-să înregistreze recipientele la ISCIR.
-să supună recipientele la verificarea executată de personalul ISCIR.
-să ia măsurile necesare ca recipientele să fie folosite în condiții de siguranță.

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 101
Verificarea periodică
Recipientele sub presiune sunt supuse verificărilor oficiale periodice, care constau din
revizii interioare, încercări de presiune și revizii exterioare.
În timpul funcționării, la datele fixate prin instrucțiunile interne și de câte ori este oprit,
organele proprii de supraveghere tehnică sunt obligate să examineze recipientul executând
revizii interioare și exterioare.

CONCLUZII
Shimbătoarele de căldură au un larg domeniu de utilizare, studiile evidentiind că peste
două treimi din energia primară consumată într-o țară trec, până la forma finală de energie
utilă, în medie, printr-un lanț de 2-4 schimbătoare de căldură.
In industria navală aparatele de schimb de caldură joacă un rol extreme de important.
Schimbatoarele de caldura sunt intalnite sub toate formele în instalatii, fara ele nefiind posibilă
func ionarea în parametrii normali a instala iilor.ț ț
Principalele defectări survenite în exploatarea schimbătoarelor de căldură, sunt
corodarea corpului și fascicolului tubular și obturarea țevilor datorită depunerilor. Acestea
implică măsuri sistematice privind reducerea efectelor coroziunii (folosirea inhibitorilor de
coroziune, alegerea corectă a materialelor), exploatarea și întreținerea corespunzătoare.
Fiabilitatea schimbătoarelor de căldură descrie capacitatea produsului de a se menține în
stare de bună funcționare, însă un timp limitat (nu există vreun produs care să poată funcționa
la nesfârșit) și în anumite condiții de exploatare (care trebuie respectate la utilizarea
produsului).

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 102
La apariția stării de defectare, care scoate produsul din bună funcționare, se dorește ca
produsul defect să fie repus în funcționare (reparat), într-un timp cât mai scurt și cu costuri
minime. Capacitatea produselor de a fi repuse în funcționare, într-un timp dat și în condiții
specificate descrie mentenabilitatealor.
Mentenabilitatea nu trebuie confundată cu mentenanța. Inițial, mentenanța reunea doar
activitățile de întreținere și reparare, însă abordările moderne întregesc conceptul prin
adăugarea tuturor activităților tehnico-organizatorice orientate spre creșterea eficienței
utilizării oricărui produs de îndelungată folosință. În această situație, mentenanța devine un
concept mai cuprinzător, care integrează conceptele de fiabilitate, mentenabilitate, respectivde
disponibilitate a produselor.
BIBLIOGRAFIE
[1] A. Bejan and A. D. Kraus, “Heat Transfer Handbook”, 2003;
[2] Badea, A., Necula, H. Schimǎtoare de cǎldurǎ. Editura AGIR, 2000;
[3] Badea, A. s.a. Echipamente si Instalatii Termice, Bucuresti, Editura Tehnica, 2003;
[4] B.C. nr. 11/2000, Manual de specificații privind instalarea exploatarea și mentenanța
schimbătoarelor de căldură din instalații, Elaborator: I.N.C.E.R.C;
[5] Georgiadis M.C., Papageorgiu L.G., and Macchietto S., 2000, Optimal cleaning policies
inheat exchanger networks under rapid fouling, Ind&Engng Chem Res;
[6] BICĂ, M, NAGHI M. -Transfer de căldură și masă, Ed. Universitaria, Craiova, 1999;
[7] NAGHI, M. –Schimbătoare de căldură din aluminiu, Ed. Mirton, Timișoara, 2001;
[8] LECA, A; MLADIN, E. -Transfer de căldură și masă. O abordare inginerească, Editura
tehnică, București, 1998;
[9] ROHSENOW, W.M., HARTNETT, J.P, GANIC, E.N. -Handbook of Heat Transfer
Application, Mc Grow-Hill, New York, 1985;

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” DIN CONSTAN A Ț
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ I MARITIMĂ Ș
PROGRAM DE STUDII: SISTEME I ECHIPAMENTE NAVALE Ș 103
[10] THEIL, H., LAZA, I. –Studiul relațiilor criteriale pentru calculul schimbului de căldură
convectiv la curgerea fluidelor în interiorul țevilor . Lucrările simpozionului T.M.T., vol. I,
Timișoara, 1998;
[11] POPA, B., THEIL, H., MĂDĂRĂȘAN, T. –Schimbătoare de căldură industriale, Ed.
Tehnică, București, 1977;
[12] LECA, A. -Heat Transfer and Pressure Drop in Tubes with Interior Artificial Roughness;
Revue Roumaine des Sciences Techniques, vol 20, nr. 1, 1995;
[13] HTFS (Heat Transfer and Fluid Flow Service) HANDBOOK – CE7 Power – Plant
Feedwater Heaters, USA, 1990;
[14] CARABOGDAN, I.G.,ș.a. – Instalații termice industriale, Ed. Terhnică, București, 1978;
[15] IACOB, V; POPESCU, D. – Metode de îmbunătățire a funcționării echipamentelor
industriale de transfer termic, București, 2002.