Trocador de calor de convecção

Tipos de Trocadores de Calor por Convecção

Um dispositivo trocador de calor por convecção transfere calor entre dois ou mais fluidos. Existem vários tipos de trocadores de calor por convecção disponíveis, com base no projeto, na construção e na aplicação:

• Trocador de Calor de Contato Direto: Também conhecido como trocador de calor de transferência ou mistura, o trocador de calor de contato direto permite a transferência de calor através do fluxo direto de dois fluidos. Enquanto um fluido ganha calor através do outro, o outro fluido perde calor. Tal mecanismo pode ser visto na instalação de energia a vapor e em usinas geotérmicas. O dispositivo é, portanto, mais eficiente do que a maioria dos trocadores de calor, pois a perda de calor que ocorre em outros meios é mínima.
• Trocador de Calor de Aleta e Tubo: É um tipo comum de trocador de calor por convecção. Um trocador de calor de aleta e tubo geralmente consiste em vários tubos dispostos em um padrão triangular e é preso entre placas de aletas. No trocador, dois tipos de fluidos trocam calor: um que flui pelos tubos e o outro que flui sobre as aletas e geralmente é ar. A configuração funciona perfeitamente, pois as altas áreas de superfície dos tubos e das aletas permitem que os dois fluidos troquem calor de forma eficiente.
• Trocador de Calor de Casco e Tubo: O trocador de calor de casco e tubo compreende dois cascos grandes e vários tubos dentro deles. Isso cria um conduto pelo qual um fluido passa. Em contraste, o outro casco contém outro fluido, tornando possível a transferência de calor entre os dois. O trocador de calor de casco e tubo é muito adaptável; alterando o tamanho e a quantidade dos tubos, é possível adaptá-lo para atender a diferentes aplicações industriais. Além disso, se necessário, os trocadores são fáceis de manter e limpar usando métodos químicos convencionais. 
• Trocador de Calor de Duplo Tubo: Este tipo de trocador de calor consiste em dois tubos, um dos quais é coberto pelo outro. Enquanto o tubo interno conduz dois fluidos simultaneamente, o tubo externo normalmente transporta um fluido. A presença do tubo externo protege o fluido que passa pelo tubo interno para que o calor possa ser transferido entre os dois fluidos. Os trocadores de calor de duplo tubo são fáceis de criar e manter em comparação com os trocadores de calor de casco e tubo. Eles são adequados para aplicações com taxas de fluxo de fluido relativamente baixas.
• Trocador de Calor de Placas: Placas finas mantidas separadas por espaçadores formam um trocador de calor de placas. Transfere calor eficientemente entre dois ou mais fluidos que fluem pelas lacunas das placas. Os fluidos são separados por placas, o que evita a mistura. Os projetos de fluxo inverso ou concorrente do trocador podem ser convenientes dependendo da aplicação. O trocador de calor de placas com junta, que possui uma junta em cada placa para permitir que os fluidos fluam, e o trocador de calor de placas soldadas são dois exemplos de trocadores de calor de placas.

Especificações e Manutenção do Trocador de Calor por Convecção

• Material

  A forma como os trocadores de calor por convecção são fabricados depende de onde serão usados e de quão úteis precisam ser. Por exemplo, se um trocador de calor for trabalhar principalmente com água, seus tubos podem ser feitos de cobre ou um metal especial chamado liga de cobre-níquel, que é muito bom para evitar vazamentos. Essa combinação de materiais significa que o trocador de calor pode transferir calor de forma eficaz de um fluido para outro, ao mesmo tempo em que evita possíveis vazamentos que podem ocorrer. Em outras situações, como em certos ambientes industriais, os tubos podem ser feitos de aço inoxidável, um metal durável que não enferruja facilmente, por isso pode durar muito tempo mesmo em condições difíceis.

• Vazão de Ar e Potência do Ventilador

  Os trocadores de calor que funcionam com ar geralmente têm um ventilador, cuja força é indicada em watts (W). Esses ventiladores são importantes para mover o ar pelo trocador de calor, ajudando a resfriar as peças que geram calor. Ventiladores de diferentes níveis de potência são usados dependendo do tamanho do trocador de calor e da quantidade de ar que ele precisa movimentar. Para unidades menores ou aquelas projetadas para serem silenciosas, ele pode usar um ventilador que normalmente funciona com cerca de 60-100 watts. Mas modelos maiores, especialmente aqueles em áreas de trabalho como fábricas, terão ventiladores mais fortes, com potências de 200 watts ou até mais. Em geral, quanto maior e mais industrial for o trocador de calor, mais potente será seu ventilador de fluxo de ar, porque ele tem que mover um volume maior de ar para fazer seu trabalho de resfriamento de forma eficiente.

• Área de Transferência de Calor

  Os trocadores de calor por convecção vêm em diferentes formas e tamanhos, cada um projetado para usos específicos. Por exemplo, algumas unidades pequenas podem ter apenas alguns metros quadrados de área de superfície para transferência de calor. Outros, especialmente aqueles usados em grandes processos industriais, podem ter suas superfícies de transferência de calor medidas em centenas de metros quadrados. As áreas de superfície de transferência de calor dos trocadores de calor estão aumentando porque grandes fábricas e indústrias precisam de maneiras mais eficazes de gerenciar a transferência de calor. Eles querem máquinas que funcionem muito bem e que possam oferecer muito serviço.

• Diâmetro do Tubo

  A tubulação para trocadores de calor por convecção é feita em diferentes tamanhos, ou diâmetros, para ajudar a atender a uma ampla gama de necessidades industriais de aquecimento e resfriamento. Unidades menores podem usar tubos que têm cerca de 6 a 8 milímetros de diâmetro. No entanto, em trocadores de calor maiores e de serviço pesado, onde é necessária mais transferência de calor, diâmetros de tubo maiores, como 12, 16 ou até 20 milímetros, são frequentemente usados. Esses tubos maiores permitem que mais fluido flua por eles, facilitando assim uma maior transferência de calor entre os fluidos no trocador de calor.

Manutenção

Para manter os trocadores de calor por convecção de ar funcionando bem, a manutenção regular é vital. Isso inclui a limpeza regular para remover qualquer sujeira ou poeira que possa se acumular na superfície de troca de calor e nos ventiladores ao longo do tempo. Quando a sujeira não é removida com frequência, ela pode agir como um isolante, impedindo que o calor seja trocado de forma eficaz. Seguir as instruções do fabricante sobre o que especificamente deve ser limpo e como limpá-lo é de suma importância para garantir o bom funcionamento e a longa vida útil do equipamento. Ao nos comprometermos com a limpeza rotineira desses sistemas vitais, permitimos que nos beneficiemos plenamente dos cuidados que tomamos para mantê-los.

Cenários de Trocadores de Calor por Convecção

• Geração de Energia:

  Os trocadores de calor por convecção são muito importantes em sistemas de geração de energia, como turbinas a gás, solar e a vapor. Eles ajudam a transferir calor entre diferentes gases, líquidos e gases para gerar eletricidade de forma eficiente.

• Indústria Alimentícia:

  No setor de processamento de alimentos, dispositivos como fornos de convecção, secadores e sistemas de pasteurização utilizam trocadores de calor para preservar a qualidade dos alimentos, otimizando o uso de energia durante os processos de cozimento, secagem e esterilização.

• Sistemas HVAC:

  HRVs e ERVs, que fazem parte do sistema HVAC encontrado em grandes edifícios comerciais e residências, utilizam a transferência de calor do trocador de calor entre os fluxos de ar de saída e entrada, melhorando a eficiência energética, reduzindo a demanda de aquecimento ou refrigeração de outros equipamentos necessários para manter a temperatura interna.

• Indústria Petroquímica:

  Na indústria petroquímica, trocadores de calor por convecção de grande escala, como refrigeradores de ar e condensadores, são utilizados para dissipar o calor gerado durante reações químicas e processos de purificação, resfriamento e separação de produtos.

• Engenharia Aeroespacial e Automobilística:

  Nos campos da engenharia aeroespacial e automobilística, projetos compactos e leves de trocadores de calor por convecção são usados em espaçonaves e veículos de alto desempenho para otimizar o gerenciamento térmico de componentes e sistemas críticos, garantindo seu bom funcionamento e confiabilidade em condições operacionais extremas.

• Indústria Naval:

  As indústrias navais empregam grandes trocadores de calor por convecção, como aqueles usados em motores de navios e sistemas de refrigeração, para dissipar o calor dos processos de combustão e manter temperaturas de operação ideais no transporte marítimo e na produção de energia offshore.

• Resfriamento Eletrônico:

  Os trocadores de calor por convecção, como os compactos miniaturizados, desempenham um papel fundamental no resfriamento de dispositivos eletrônicos; eles garantem que o calor produzido por processadores, chips e outros componentes seja removido rapidamente para evitar o superaquecimento e manter a operação confiável.

Como escolher trocadores de calor por convecção

Ao comprar trocadores de calor, os compradores devem considerar os seguintes fatores.

• Análise de Requisitos

  Em primeiro lugar, os compradores precisam analisar os requisitos de seu sistema. Assim, os compradores precisam determinar a área de transferência de calor que seus sistemas precisam. Eles podem estimar a área de transferência de calor necessária de acordo com o volume de transferência de calor, a variação de temperatura e outros fatores. Além disso, eles precisam considerar as propriedades do meio, como viscosidade, corrosividade, impurezas e assim por diante. Além disso, eles devem considerar os níveis de pressão e temperatura do sistema para selecionar trocadores que possam suportar a pressão e a temperatura do sistema.

• Tipos e Estruturas

  Em segundo lugar, os compradores precisam de requisitos cuidadosamente, e então podem pesquisar diferentes tipos e estruturas de trocadores de calor. Os compradores precisam comparar as vantagens e desvantagens de cada tipo e selecionar trocadores de calor adequados para seus sistemas. Por exemplo, se os sistemas dos compradores forem limitados pelo espaço, eles podem considerar trocadores de calor compactos, como trocadores de calor de placas ou espirais. Se os meios tiverem uma grande tendência de incrustação, os compradores podem selecionar um trocador de calor de casco e tubo com furos de limpeza para limpeza regular.

• Materiais e Qualidade de Fabricação

  Além disso, os compradores também precisam considerar os materiais e a qualidade de fabricação do trocador de calor. Os compradores devem selecionar materiais adequados de acordo com as condições de trabalho de seus sistemas e as propriedades do meio. Por exemplo, aço inoxidável ou liga de níquel-cobre podem ser usados como superfície de troca para evitar corrosão em um ambiente ácido. Além disso, a compra deve verificar a qualidade de fabricação do trocador de calor, como a qualidade da soldagem, o desempenho da vedação e assim por diante, para garantir sua estabilidade e confiabilidade de longo prazo.

• Instalação e Manutenção

  Finalmente, os compradores também precisam considerar a instalação e manutenção do trocador de calor. Eles devem selecionar trocadores de calor com projetos de instalação e manutenção fáceis de usar. Por exemplo, o método de desprendimento e vedação conveniente facilita a manutenção e a limpeza dos trocadores de calor. Além disso, os compradores também precisam considerar o suporte técnico e o serviço pós-venda fornecidos pelos fornecedores. Escolher fornecedores com serviços de suporte rápidos e oportunos ajuda a suavizar o processo de instalação e operação.

Perguntas Frequentes

P1: A orientação de instalação de um trocador de calor por convecção importa?

A1: Sim. Uma instalação vertical geralmente é recomendada para trocadores de calor de fluxo cruzado, pois permite uma melhor distribuição de gás e água e evita a formação de bolsas de gás.

P2: Quais são algumas aplicações de trocadores de calor por convecção?

A2: Os trocadores de calor por convecção são usados em muitas aplicações, como recuperação de calor residual de processos industriais e usinas de energia, pré-aquecimento de ar de combustão em caldeiras e fornos e resfriamento e aquecimento de alimentos na agroindústria.

P3: Como se pode melhorar o desempenho de um trocador de calor por convecção?

A3: Usar elementos de trocador de calor de alta eficiência, isolar adequadamente o trocador e manter a taxa de fluxo de ar e a queda de pressão ideais dentro da faixa recomendada pode melhorar o desempenho dos trocadores de calor.