Gli scambiatori di calore a piastre sono impiegati in numerose applicazioni industriali e utilizzano principalmente piastre metalliche per trasferire il calore tra due fluidi.
Il loro utilizzo sta crescendo rapidamente perché superano in prestazioni gli scambiatori di calore tradizionali (solitamente un tubo a spirale contenente un fluido che passa attraverso una camera contenente un altro fluido) perché il fluido da raffreddare ha una maggiore superficie di contatto, il che ottimizza il trasferimento di calore e aumenta notevolmente la velocità di variazione della temperatura.
Invece di serpentine che attraversano le camere, in uno scambiatore di calore a piastre ci sono due camere alternate, solitamente sottili in profondità, separate da piastre metalliche ondulate sulle loro superfici più grandi. La camera è sottile perché questo garantisce che la maggior parte del volume del liquido sia a contatto con la piastra, favorendo lo scambio di calore.
Tradizionalmente, tali piastre di scambio termico venivano fabbricate mediante stampaggio o lavorazioni meccaniche convenzionali come l'imbutitura profonda, ma di recente l'incisione fotochimica (PCE) ha dimostrato di essere la tecnica di fabbricazione più efficiente ed economica disponibile per questa rigorosa applicazione. La lavorazione elettrochimica (ECM) è un'altra tecnologia alternativa in grado di produrre parti molto precise in lotti, ma questo processo richiede un livello molto elevato di investimenti iniziali, è limitato ai materiali conduttivi, consuma molta energia, la progettazione e la fabbricazione degli utensili sono difficili e il pezzo in lavorazione La corrosione delle macchine utensili e delle attrezzature è sempre stata un problema.
Spesso entrambi i lati di uno scambiatore di calore a piastre presentano caratteristiche estremamente complesse che a volte vanno oltre le capacità di stampaggio e lavorazione meccanica, ma che possono essere facilmente ottenute utilizzando la PCE. Inoltre, la PCE può generare caratteristiche su entrambi i lati della piastra contemporaneamente, con un notevole risparmio di tempo, e il processo può essere applicato a una vasta gamma di metalli diversi, tra cui acciaio inossidabile, Inconel 617, alluminio e titanio.
Grazie ad alcune caratteristiche intrinseche del processo, PCE offre un'alternativa interessante per lo stampaggio e la lavorazione nelle applicazioni di lamiera. Utilizzando fotoresist e agente mordenzante per elaborare chimicamente con precisione aree selezionate, il processo consente di preservare le proprietà del materiale, ottenere parti prive di sbavature e tensioni con contorni puliti e senza zone alterate dal calore. Inoltre, il mezzo di incisione fluida crea una struttura ottimale per il mezzo di raffreddamento fluido utilizzato nella piastra. Queste strutture non presentano angoli e bordi soggetti a corrosione.
In combinazione con il fatto che PCE utilizza utensili digitali o in vetro facilmente ripetibili e a basso costo, fornisce un'alternativa di produzione conveniente, ad alta precisione e veloce alle tradizionali tecniche di lavorazione e stampaggio. Ciò comporta un notevole risparmio sui costi durante la produzione di prototipi di utensili e, a differenza delle tecniche di stampaggio e lavorazione, non vi è usura degli utensili né costi associati al ritaglio dell'acciaio.
La lavorazione meccanica e lo stampaggio possono produrre risultati non perfetti sul metallo in corrispondenza della linea di taglio, spesso deformando il materiale in lavorazione e lasciando sbavature, zone alterate dal calore e strati di rifusione. Inoltre, si sforzano di soddisfare la risoluzione dei dettagli richiesta per parti metalliche più piccole, più complesse e più precise, come le piastre di scambio termico.
Un altro fattore da considerare nella selezione del processo è lo spessore del materiale da lavorare. I processi tradizionali spesso incontrano difficoltà quando applicati alla lavorazione di metalli sottili; lo stampaggio e la punzonatura sono in molti casi inadatti, mentre il taglio laser e quello ad acqua portano a livelli sproporzionati e inaccettabili rispettivamente di deformazione termica e frammentazione del materiale. Sebbene il PCE possa essere utilizzato in una varietà di spessori di metallo, una caratteristica fondamentale è che può lavorare su lamiere più sottili, come quelle utilizzate negli scambiatori di calore a piastre, senza comprometterne la planarità, fondamentale per l'integrità dell'assemblaggio. importante.
Un settore chiave in cui vengono utilizzate le piastre è quello delle applicazioni delle celle a combustibile realizzate in acciaio inossidabile, alluminio, nichel, titanio, rame e una gamma di leghe speciali.
È stato scoperto che le piastre metalliche nelle celle a combustibile presentano numerosi vantaggi rispetto ad altri materiali. Allo stesso tempo, sono molto resistenti, offrono un'eccellente conduttività per un migliore raffreddamento, possono essere realizzate estremamente sottili tramite incisione, creando pile più corte, e non presentano finiture superficiali direzionali all'interno del canale. Le piastre possono essere formate e i canali creati contemporaneamente e, come detto sopra, non si crea alcuna sollecitazione termica nel metallo, garantendo una planarità assoluta.
Il processo PCE garantisce tolleranze ripetibili su tutte le dimensioni della tastiera, tra cui la profondità delle vie aeree e la geometria del collettore, e può produrre parti secondo specifiche rigorose in termini di caduta di pressione.
Altri settori che utilizzano lamiere incise chimicamente includono motori lineari, industria aerospaziale, petrolchimica e chimica. Dopo la fabbricazione, le piastre vengono impilate e saldate per diffusione o brasate insieme per formare il nucleo dello scambiatore di calore. Gli scambiatori di calore finiti possono essere fino a sei volte più piccoli dei tradizionali scambiatori di calore "a fascio tubiero", offrendo eccellenti vantaggi in termini di spazio e peso.
Gli scambiatori di calore prodotti utilizzando PCE sono inoltre molto robusti ed efficienti, in grado di resistere a una pressione di 600 bar e di adattarsi a un intervallo di temperatura che va dalla criogenia a 900 gradi Celsius. È possibile combinare più di due flussi di processo in un'unica unità, riducendo notevolmente i requisiti relativi a tubazioni e valvole. Anche la reazione e la miscelazione possono essere integrate nella progettazione dello scambiatore di calore a piastre, aggiungendo funzionalità in modo conveniente in un'unica unità.
Gli attuali requisiti di una dissipazione del calore efficiente e salvaspazio pongono sfide enormi a molti ingegneri sviluppatori. La miniaturizzazione di molti componenti nella tecnologia elettrica e dei microsistemi crea i cosiddetti punti caldi termici, che richiedono una dissipazione del calore ottimale per garantire una lunga durata.
Utilizzando PCE 2D e 3D è possibile realizzare microcanali con larghezze e profondità definite negli scambiatori di calore per la selezione dei mezzi di dissipazione del calore nella zona più piccola. Non vi è praticamente alcun limite alle possibili progettazioni dei canali.
Inoltre, poiché il processo di incisione ispira innovazione progettuale e libertà geometrica, è possibile promuovere un flusso turbolento anziché laminare mediante l'uso di bordi e profondità di canali ondulati. Il flusso turbolento nel mezzo di raffreddamento implica che il refrigerante a contatto con la fonte di calore cambia costantemente, rendendo lo scambio termico più efficiente. Tali ondulazioni e irregolarità nei microcanali degli scambiatori di calore sono facilmente realizzabili mediante PCE, ma non è possibile o è proibitivo produrre tali corrugazioni con processi di produzione alternativi.
Micrometal GmbH, azienda specializzata in PCE, utilizza utensili optoelettronici a prezzi competitivi per produrre pezzi di alta qualità con un elevato grado di precisione ripetibile.
Le singole piastre microcanale possono essere fissate (ad esempio mediante saldatura a diffusione) a varie geometrie 3D. Micrometal si avvale di una rete di partner esperti che offre ai clienti la possibilità di acquistare singole piastre microcanale o blocchi integrali di scambiatori di calore a microcanali.
Sostanza dotata di proprietà metalliche e costituita da due o più elementi chimici, di cui almeno uno è un metallo.
Riduce l'aumento della temperatura del fluido all'interfaccia utensile/pezzo durante la lavorazione. Solitamente in forma liquida, come miscele solubili o chimiche (semisintetiche, sintetiche), ma può anche essere aria pressurizzata o altri gas. Grazie alla sua capacità di assorbire grandi quantità di calore, l'acqua è ampiamente utilizzata come refrigerante e vettore per vari composti da taglio e il rapporto tra acqua e composto varia a seconda dell'attività di lavorazione. Vedere fluido da taglio; fluido da taglio semisintetico; fluido da taglio con olio solubile; fluido da taglio sintetico.
1. Diffusione di un componente in un gas, liquido o solido che tende a uniformare i componenti. 2. Un atomo o una molecola si sposta spontaneamente in una nuova posizione all'interno del materiale.
Un'operazione in cui la corrente elettrica scorre tra un pezzo in lavorazione e un utensile conduttivo attraverso un elettrolita. Avvia una reazione chimica che dissolve il metallo dal pezzo in lavorazione a una velocità controllata. A differenza dei metodi di taglio convenzionali, la durezza del pezzo in lavorazione non è un fattore, rendendo l'ECM adatta a materiali difficili da lavorare. Sotto forma di rettifica elettrochimica, levigatura elettrochimica e tornitura elettrochimica.
Funzionalmente identico a un motore rotativo in una macchina utensile, un motore lineare può essere pensato come un normale motore rotativo a magnete permanente, tagliato assialmente al centro, quindi spogliato e disposto orizzontalmente. Il vantaggio principale dell'utilizzo di motori lineari per azionare il movimento degli assi è che elimina le inefficienze e le differenze meccaniche causate dai sistemi di assemblaggio delle viti a sfere utilizzati nella maggior parte delle macchine utensili CNC.
Componenti più distanziati nella trama della superficie. Includere tutte le irregolarità distanziate più ampiamente rispetto all'impostazione di cutoff dello strumento. Vedere Flusso; Giacitura; Rugosità.
Il dott. Michael J. Hicks è direttore del Center for Business and Economic Research e professore emerito di economia George and Francis Ball presso la Miller School of Business della Ball State University. Hicks ha conseguito il dottorato di ricerca e il master in economia presso l'Università del Tennessee e una laurea triennale in economia presso il Virginia Military Institute. È autore di due libri e di oltre 60 pubblicazioni scientifiche incentrate sulle politiche pubbliche statali e locali, tra cui la politica fiscale e di spesa e l'impatto di Walmart sulle economie locali.