Le prestazioni di uno scambiatore non sono mai uguali a quelle stimate in sede di progetto. Questo accade perché l’effettiva superficie di scambio e il coefficiente di scambio termico globale non corrispondono a quelli teorici, le prestazioni dello scambiatore si degradano nel tempo a causa dello sporcamento delle superfici e alcuni scambiatori sono sottoposti a variazioni di carico durante l’esercizio.
In tutti questi casi è necessario riportare le condizioni di funzionamento a quelle nominali agendo sulla portata di uno dei due fluidi. Tra le soluzioni più diffuse troviamo:

• regolazione di portata tramite valvola a due vie;
• regolazione di portata tramite pompa a velocità variabile;
• regolazione in derivazione a portata costante;
• regolazione in derivazione a temperatura d’ingresso costante.

Regolazione di portata tramite valvola a due vie

Si introduce una valvola di regolazione a due vie in ingresso allo scambiatore che agisce sulla portata di uno dei due fluidi. In questo modo l’efficienza dello scambiatore viene modificata sia perché cambia il rapporto tra le portate termiche dei due fluidi C_min/C_max sia perché cambia il valore di NTU=1/R_TC_min (se la portata regolata corrisponde a C_min) e del coefficiente di scambio termico globale. Questo genere di regolazione è di facile installazione e i costi sono contenuti; di contro, però, il campo di regolazione non è molto ampio e l’uso di una valvola di regolazione introduce una perdita di carico che comporta un aumento della potenza di pompaggio.

Figura 1: regolazione tramite valvola a due vie (a) e tramite pompa a velocità variabile (b).

Regolazione di portata tramite pompa a velocità variabile

Un altro metodo che permette di regolare la portata senza introdurre dissipazioni è l’uso di una pompa a velocità variabile. Grazie ad un inverter, la velocità di rotazione della pompa varia a seconda della portata richiesta. In questo caso i costi sono superiori rispetto alla regolazione di portata tramite valvola a due vie.

Regolazione in derivazione a portata costante

In questo caso lo scambiatore funziona a portata costante e si va a variare la temperatura in ingresso. Questo è possibile perché a valle dello scambiatore è introdotto un ramo di derivazione che ricircola parte della portata in uscita ad una valvola a tre vie miscelatrice posta a monte. Questa valvola miscela due portate in ingresso per ottenere un flusso in uscita la cui portata si mantiene costante mentre la temperatura varia a seconda della quantità di fluido ricircolata nel ramo di derivazione.

Figura 2: regolazione in derivazione a portata costante.

Regolazione in derivazione a temperatura d’ingresso costante

In questa soluzione si fa uso di una valvola a tre vie deviatrice: questa valvola suddivide la portata in ingresso allo scambiatore in due flussi in uscita di cui uno viene processato dallo scambiatore mentre l’altro lo bypassa e si miscela alla portata in uscita. La somma dei due flussi è costante. In questo caso lo scambiatore funziona a portata variabile, ma con temperatura d’ingresso costante.

Figura 3: regolazione in derivazione a temperatura di ingresso costante.

(Fonti: Appunti ed Esercizi di Fisica Tecnica e Macchine Termiche, Prof. Nicola Forgione e Prof. Paolo Di Marco)