Com dissenyar els refrigeradors d'aire i aigua marins

Determineu els requisits de refrigeració
Càlcul de càrrega de calor: calculeu la quantitat de calor que cal eliminar. Això requereix el coneixement de les fonts de calor com ara motors, generadors o altres equips que el refrigerador servirà.

Especificacions de temperatura: Determineu les temperatures d’entrada i sortida desitjades de l’aire i l’aigua. La diferència de temperatura entre el medi de refrigeració (aire o aigua) i el líquid refrigerat és un factor crucial en el procés de transferència de calor. Per als refrigeradors d’aire marí, la temperatura típica d’entrada d’aire pot anar des de 20 - 30 grau, segons la ubicació i les condicions meteorològiques. La temperatura de sortida del fluid refrigerat (per exemple, refrigerant del motor) es podria dissenyar per estar al voltant de 40 - 50 grau.

Seleccioneu el medi de refrigeració i el seu cabal
Aire vs. Aigua: considereu els avantatges i els desavantatges de l’ús de l’aire o l’aigua com a medi de refrigeració. Els refrigeradors d’aire són generalment més senzills i fiables pel que fa a evitar problemes com les fuites, però poden tenir un coeficient de transferència de calor inferior en comparació amb els refrigeradors d’aigua. Els refrigeradors d’aigua poden proporcionar un refredament més eficient, però requereixen components addicionals com ara bombes i poden ser més propensos a la corrosió i a les fuites.
Determinació del cabal: en funció de la càrrega de calor i de les propietats del medi de refrigeració, calculeu el cabal requerit.

Disseny de l'intercanviador de calor
Selecció del tipus: Hi ha diferents tipus d’intercanviadors de calor com ara intercanviadors de calor de closca i - tub, placa - tipus i aletes. Per als refrigeradors d’aire i aigua marins, s’utilitzen habitualment intercanviadors de calor de tubs. Les aletes dels tubs augmenten la superfície disponible per a la transferència de calor, millorant l'eficiència del refrigerador.
Disseny de tubs i aletes:
Material del tub: seleccioneu un material adequat per a l’entorn marí i pot suportar la temperatura i la pressió dels líquids. Els aliatges de coure: els aliatges de níquel s’utilitzen sovint a causa de la seva bona resistència a la corrosió a l’aigua de mar i l’alta conductivitat tèrmica.
Material i geometria d’aleta: les aletes d’alumini són una elecció popular a causa de les seves propietats lleugeres i bones de transferència de calor. La geometria d’aleta, inclosa l’alçada, el gruix i l’espai de l’aleta, s’ha d’optimitzar per maximitzar la transferència de calor alhora que es minimitza la caiguda de pressió. El pas d'aleta (distància entre aletes adjacents) pot anar des de 2 - 5 mm, segons l'aplicació.
Disposició del tub: els tubs es poden disposar en un patró esglaonat o en línia. Els arranjaments esglaonats generalment proporcionen una millor transferència de calor, però poden tenir una caiguda de pressió més elevada. El diàmetre del tub també és un paràmetre important i pot anar des de 10 - 30 mm, segons el cabal i els requisits de pressió.
 

Considereu l’entorn marí
Protecció contra la corrosió: Com que els ambients marins són altament corrosius, el refrigerador s’ha de protegir contra la corrosió. Això pot implicar l’ús de materials de corrosió: recobriments com els recobriments basats en epoxi o zinc i procediments de manteniment adequats. També es poden instal·lar anodes sacrificials per protegir l’intercanviador de calor de la corrosió galvànica.
Vibració i resistència al xoc: el refrigerador ha de ser dissenyat per suportar les vibracions i els xocs que es produeixen durant el funcionament del vas marí. Això pot requerir l’ús de muntatges flexibles, amortidors i estructures reforçades per evitar danys al refrigerador i als seus components.

Drop de pressió i selecció del ventilador/bomba
Càlcul de la caiguda de pressió: calculeu la caiguda de pressió a través de l’intercanviador de calor tant per l’aire com per l’aigua. La caiguda de pressió afecta el rendiment del ventilador (per a sistemes refrigerats per aire) o la bomba (per a sistemes refrigerats per aigua). La caiguda de pressió excessiva pot provocar un flux reduït i un refredament ineficient. La caiguda de pressió es pot estimar mitjançant correlacions empíriques o simulacions de dinàmica de líquids computacionals (CFD).

Sistema de control i control
Control de temperatura: instal·leu sensors de temperatura per controlar les temperatures d’entrada i sortida de l’aire i l’aigua. Un sistema de control pot ajustar el cabal del medi de refrigeració (variant la velocitat del ventilador o la bomba) o el funcionament d’altres components per mantenir la temperatura de refrigeració desitjada.
Monitorització de pressió: es poden utilitzar sensors de pressió per controlar la caiguda de pressió a través de l’intercanviador de calor. Si la caiguda de pressió supera un límit determinat, pot desencadenar una alarma o fer accions correctores com netejar l’intercanviador de calor o comprovar bloquejos.