Scambiatori di calore

Su un diagramma T-h può essere rappresentato lo scambio termico che si ha nei tre scambiatori di calore. Nelle figure seguenti sono riportati questi grafici per i due cicli esaminati. La variazione di entalpia sull’asse delle ascisse si riferisce all’unità di massa mandata al cold box; per tale motivo l’unità di misura indicata nei grafici è [kW /m ] proprio per indicare che non si diagramma per tutti i fluidi l’effettiva variazione di entalpia ma la variazione di entalpia rispetto alla portata principale.



E’ necessario soffermarsi su alcune peculiarità dei diagrammi.

Innanzitutto si nota che nello scambiatore 3 nel tratto tra 5 e 4 si ha una variazione di entalpia a temperatura costante. Ciò è dovuto al fatto che nello scambiatore 3 l’aria raggiunge le condizioni di saturazione fino ad assumere un titolo minore di 1. Ciò è evidente sul diagramma T-s dei capisaldi.
Inoltre tale tratto a temperatura costante è maggiore nel caso del ciclo criorefrigeratore essendo nel punto 5 raggiunto un titolo inferiore rispetto all’altro caso.
In secondo luogo, a parte i limiti delle visualizzazione grafica, si può notare che in prima approssimazione vi è linearità tra entalpia e temperatura soprattutto sopra i -100 °C, riguardando di conseguenza gli scambiatori 1 e 2. Tale comportamento è dovuto al fatto che le isobare sul diagramma T-s sono piuttosto rettilinee dunque la capacità termica è circa costante il che coincide con avere l’entalpia crescente linearmente con la temperatura.
Altra particolarità sono i punti angolosi in 3 ed 8 e dovuti alla sottrazione di una frazione di portata (punto 2) o al suo reintegro (punto 8); aumentando la portata aumenta la capacità termica del flusso, e quindi diminuisce l’incremento di temperatura a parità di calore fornito. Quanto detto giustifica la l’aumento di pendenza passando da destra a sinistra del punto 3, e la diminuzione passando da sinistra a destra del punto 8.
Per ultimo si può notare che non essendo presente una portata liquefatta estratta nel complesso è maggiore il calore scambiato nel ciclo criorefrigeratore rispetto al liquefattore.