Trocador de calor 316

Tipos de trocadores de calor

Um trocador de calor é um dispositivo de gestão térmica que transfere calor entre dois ou mais fluidos sem os misturar. Os trocadores de calor 316 são fabricados em aço inoxidável que contém de 16% a 20% de cromo, 8% de níquel e, por vezes, pequenas quantidades de outros elementos, como o nitrogénio.

Aqui fica uma lista dos tipos mais comuns de trocadores de calor:

• Trocador de calor de casco e tubos

  Um trocador de calor de casco e tubos consiste num casco externo e tubos internos. O fluido quente circula pelos tubos, enquanto o fluido frio circula pelo casco, absorvendo o calor. A configuração do casco e dos tubos pode variar, mas geralmente possui cascos do tipo U ou J e arranjos de tubos triangulares ou circulares.

• Trocador de calor de placas

  Os trocadores de calor de placas compreendem muitas placas finas e onduladas empilhadas. Existem tipicamente duas aberturas: uma para o fluido entrar, circular e sair, e outra para um segundo fluido. Tal como os trocadores de calor de casco e tubos, os fluidos nunca se misturam. O desenho pode ser quadrado ou retangular, e o número de placas pode variar de acordo com o tamanho e a capacidade do trocador de calor.

• Trocador de calor espiral

  Um trocador de calor espiral consiste em duas espirais localizadas uma em torno da outra e que formam um eixo central. Os fluidos frio e quente circulam pelas espirais em direções opostas. A espiral está inserida numa caixa que recolhe os fluidos e os envia para a rede de tubagens. Este tipo de trocador de calor pode ser utilizado como regenerador, ou seja, recolhendo o calor de um gás antes da sua saída, ou como dispositivo de recuperação que captura o calor de fluidos residuais.

• Trocador de calor arrefecido a ar

  Um trocador de calor arrefecido a ar não precisa de um refrigerante líquido para dispersar o calor para a atmosfera. Utiliza o ar ambiente para absorver o calor do fluido quente, tipicamente com a ajuda de ventiladores. Um trocador de calor arrefecido a ar pode ser utilizado em indústrias onde a escassez de água é um problema. Também é chamado de trocador de calor seco.

• Trocador de calor de tubo duplo

  Um desenho simples de um trocador de calor consiste num tubo dentro de outro. Os fluidos circulam em contracorrente, e o fluido frio geralmente passa pelo tubo externo. Um trocador de calor duplo é fácil de fabricar e económico, mas apenas adequado para aplicações de baixa troca de calor.

• Trocador de calor de fonte geotérmica

  O calor do solo pode ser capturado utilizando trocadores de calor de fonte geotérmica horizontais ou verticais. Eles consistem num circuito fechado de tubos de polímero enterrados no solo. Um tubo de troca de calor de 8 mm pode ser usado para configurações horizontais, com tubos espaçados cerca de 0,5 m um do outro. Os sistemas verticais usam valas mais profundas, cerca de 80 m.

Especificações e Manutenção

As especificações do trocador de calor em aço inoxidável 316 dependem do tipo.

• Especificação do trocador de calor de casco e tubos em aço inoxidável 316

  Geralmente, estes trocadores têm uma espessura de tubo com diâmetro externo que varia de 1,5 mm a 5,0 mm. O diâmetro externo do tubo geralmente varia de 20 mm a 70 mm. O seu comprimento total geralmente varia entre 500 mm e 6000 mm. O trocador de calor de casco e tubos 316 pode ter uma pressão de projeto entre 0,6 MPa e 2,5 MPa. Estes trocadores podem ter uma temperatura de projeto que varia de 150 graus C a 200 graus C. Alguns deles são fabricados com ondulações nos tubos para aumentar a eficiência da transferência de calor e diminuir a perda de calor. Outros possuem desenhos de dedos secos e molhados. Os desenhos de dedos funcionam bem apenas com o refrigerante, enquanto o casco de dedo seco funciona bem com o refrigerante e a água. Outros métodos utilizados para aumentar a transferência de calor são combinar o método de dedo com o método de deslizamento ou usar defletores perfurados.

• Especificação do trocador de calor de placas em aço inoxidável 316

  O trocador de calor de placas em aço inoxidável 316 tem placas com uma espessura que varia de 0,4 mm a 0,7 mm. A sua pressão de projeto pode chegar a 1,0 MPa, e a temperatura pode chegar aos 185 graus C. O número de placas pode variar de 30 a 80 peças, e o tamanho do trocador de calor pode ser pequeno e compacto.

• Especificação do trocador de calor de serpentina 316

  A serpentina para o trocador de calor 316 tem diferentes especificações. Dependendo da necessidade, o diâmetro da serpentina pode ser inferior a 50 mm a 400 mm, e o comprimento pode variar de 1 metro a 6 metros. O material utilizado é 316L ou 316Ti.

Manutenção

O trocador de calor em qualquer equipamento deve ser mantido para garantir um desempenho ótimo. O plano de manutenção dependerá dos parâmetros operacionais e da condição do trocador, mas abaixo está um guia geral.

• O trocador deve ser inspecionado rotineiramente enquanto o equipamento está a ser mantido, preferencialmente trimestralmente ou semestralmente. Todos os componentes do trocador de calor, incluindo os vedantes, placas, soldaduras, juntas, tubos, cabeçotes e caixas, devem ser incluídos na inspeção. O técnico deve prestar atenção especial às áreas que geralmente estão sujeitas a tensão térmica e mecânica.
• O técnico deve verificar se há alguma mudança no desempenho, como redução da eficiência, aumento das temperaturas de saída ou alterações na queda de pressão.
• Quaisquer sinais de fugas devem ser notados e vedados imediatamente. O nível do líquido no sistema de refrigeração deve ser monitorizado para detetar quaisquer fugas não detetadas.
• O trocador deve ser limpo de acordo com as instruções do fabricante e dependendo do tipo de fluido utilizado e da natureza da contaminação.

Cenários de trocadores de calor 316

O trocador de calor em aço inoxidável 316 é útil em indústrias que não comprometem a integridade do produto, a transferência de calor eficiente ou a resistência à corrosão. Uma das suas principais funções é manter ou alterar as temperaturas.

• Petróleo e gás: No processo de extração de petróleo e na refinaria de petróleo, os trocadores de calor ajudam a controlar as temperaturas. Eles arrefecem o petróleo bruto aquecido e aquecem o petróleo bruto frio durante o controlo da viscosidade antes de o bombearem para o oleoduto. No oleoduto de processamento de gás, um trocador de calor de placas é usado para arrefecer o gás antes de ele entrar no compressor de gás.
• Fármacos: No processo de fabrico de medicamentos, os trocadores de calor ajudam nos procedimentos de esterilização e secagem. Durante a esterilização, os trocadores de calor mantêm uma temperatura elevada para garantir que não existem bactérias ou contaminantes no produto final. Os trocadores de calor também mantêm uma temperatura específica durante o processo de secagem do medicamento para garantir que o material antibiótico não se vaporiza.
• Processamento de alimentos: A pasteurização do leite na indústria láctea utiliza frequentemente trocadores de calor em aço inoxidável 316. Eles aquecem o leite para matar bactérias nocivas, ao mesmo tempo que arrefecem o produto a uma temperatura segura para consumo. Para além dos produtos lácteos, os trocadores de calor em aço inoxidável também são usados no processamento de sumos e frutas, doces e carne.
• Polpa e papel: Na indústria da polpa e do papel, os trocadores de calor ajudam na recuperação de licores de cozedura utilizados para dissolver a lignina durante o processo de polpação. Eles também desempenham um papel nos processos de branqueamento, secagem e recuperação química.
• Processamento químico: Na indústria química, os trocadores de calor são usados em reatores, colunas de destilação e evaporadores para manter temperaturas de operação ótimas e facilitar reações químicas. Eles também ajudam na recuperação de calor e na eficiência energética.
• Tratamento de água: Em estações de dessalinização, os trocadores de calor transferem calor do condensador para a água do mar. A água do mar vaporiza-se, formando água doce. Os trocadores de calor em aço inoxidável arrefecem a água tratada antes de a descarregar.

Como escolher trocadores de calor 316

Tanto os aspetos operacionais como os de compra beneficiarão de uma compreensão profunda de como selecionar trocadores de calor 316. Conhecer os casos de uso dos trocadores de calor facilita a visualização de como diferentes aços inoxidáveis 316 podem funcionar em diversos cenários e quais as vantagens e desvantagens que oferecem.

A compreensão dos fundamentos da transferência de calor também é crucial, incluindo os papéis desempenhados pela área de superfície, a diferença de temperatura entre os fluidos, a condutividade, a queda de pressão e o arranjo de fluxo. Os três fenómenos de transporte da condução, convecção e radiação, bem como os fatores que afetam cada um deles, como a estrutura molecular, o movimento e a colisão, também devem ser compreendidos para garantir uma escolha eficaz e adequada.

Quando selecionar um trocador de calor, concentre-se na aplicação chave e no emparelhamento de fluidos. Para garantir a compatibilidade e a resistência à corrosão, especialmente em ambientes marítimos, escolha materiais como a liga 316L que possui baixo teor de carbono. Para situações de alta pressão em que prevenir fugas é primordial, opte por desenhos de casco e tubos com construções soldadas duráveis. Os desenhos de contracorrente são ideais para atingir a máxima recuperação de calor em espaços limitados. Priorize trocadores que simplifiquem a limpeza e a manutenção para aumentar a eficiência a longo prazo e reduzir os custos operacionais.

Q&A

P: Quais são as principais aplicações de um trocador de calor em aço inoxidável 316?

R: As principais aplicações de um aço inoxidável 316 podem ser categorizadas nas indústrias de manufatura e química, farmacêuticas, alimentos e bebidas e petróleo e gás, entre outras.

P: Por que é essencial otimizar os trocadores de calor?

R: Os trocadores de calor são essenciais porque maximizam a recuperação de calor, reduzem o consumo de energia, minimizam os custos operacionais e melhoram a sustentabilidade ambiental. Além disso, otimizar um trocador de calor melhora o desempenho e prolonga a sua vida útil.

P: Quais são os sinais de que um trocador de calor está a falhar?

R: Alguns sinais comuns de que o trocador de calor em aço inoxidável 316 está a falhar incluem uma diminuição do desempenho, danos visíveis no trocador de calor e um aumento no consumo de energia. Pode também haver fugas internas, um aumento anormal da pressão e acumulação de água em torno do trocador de calor.

P: Quem mantém um trocador de calor?

R: Os trocadores de calor em aço inoxidável requerem manutenção regular para funcionar de forma otimizada. Os guias do fabricante são a melhor fonte para instruções e recomendações específicas de manutenção. No entanto, técnicos qualificados são os mais adequados para fornecer a manutenção necessária.