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Trocadores de calor de cabeça flutuante são flexíveis e representam a escolha de projeto ideal para sistemas de transferência de calor onde é crucial permitir uma grande quantidade de expansão e contração térmica do feixe de tubos ou da casca. Além de permitir a remoção fácil dos tubos para limpeza e manutenção rotineiras do trocador, eles também impedem danos aos tubos e à casca.
Os trocadores de calor são tipicamente feitos de ligas de cobre ou aço carbono e consistem nas seguintes cabeças:
Cabeça Flutuante:
Há uma cabeça flutuante em uma extremidade do feixe, onde os tubos são fixados. A chapa de tubos na outra extremidade é fixa, o que significa que a chapa de tubos é rigidamente conectada à casca, e não há movimento relativo entre as duas. Em trocadores de calor de cabeça flutuante, a chapa de tubos pode se mover independentemente da casca por meio das cabeças flutuantes.
Hastes de Tração:
As hastes de tração, também conhecidas como hastes de suporte, conectam a cabeça flutuante à casca. Elas fornecem estabilidade, garantindo que a cabeça flutuante permaneça alinhada com a casca à medida que ela se move em resposta à expansão e contração térmica. A incorporação de hastes de tração no projeto melhora a robustez estrutural do trocador, garantindo desempenho confiável mesmo durante operações com ciclos térmicos frequentes.
Foles:
Os foles são um elemento semelhante a um acordeão situado no meio de uma cabeça flutuante. Este componente absorve a expansão térmica dos tubos, garantindo que o ponto de contato entre os tubos e a casca permaneça estável sob condições de temperatura variáveis. Os foles possuem flexibilidade inerente devido ao seu design exclusivo, que permite que eles se movam livremente em uma direção. Esta característica é crucial para evitar pontos de concentração de tensão dentro do trocador de calor, que podem levar a possíveis falhas ou danos.
Tanto o lado da casca quanto o lado dos tubos das cabeças flutuantes são acessíveis. O trocador de calor de cabeça flutuante pode ser construído para suportar pressões variando de 1 a 16 MPa. A faixa de temperatura permitida para trocadores de calor de cabeça flutuante é de 5 a 300 graus. No entanto, alguns trocadores de calor de cabeça flutuante de alta pressão podem ter uma temperatura de 350 graus. Os coeficientes de transferência de calor variam geralmente de 50 a 350 W/m2K, dependendo do tipo específico e das condições de operação do trocador de calor.
O valor U do trocador de calor de cabeça flutuante, também conhecido como coeficiente global de transferência de calor, indica quão bem o dispositivo conduz o calor. O valor U de um trocador de calor de cabeça flutuante normalmente varia entre 1,5 e 5,2. A área total de transferência de calor dos trocadores de calor de cabeça flutuante varia dependendo do modelo. Muitas vezes varia de 0,5 metros quadrados a 1.500 metros quadrados ou mais.
Manutenção
A limpeza da superfície dos componentes de troca de calor faz parte da manutenção do trocador de calor de cabeça flutuante. Depois que o trocador de calor de cabeça flutuante estiver funcionando por algum tempo, é necessário verificar se há vazamentos ou danos em alguma peça. O reparo ou a substituição imediata devem ser realizados se houver algum problema para garantir um desempenho sólido e confiável e a segurança do equipamento. Além disso, óleo lubrificante deve ser adicionado regularmente aos mancais móveis e suportes deslizantes de todo o equipamento para que eles possam funcionar de forma conveniente e constante. Além disso, o equipamento deve ser mantido em um ambiente limpo e seco, com o trocador de calor de cabeça flutuante longe de substâncias corrosivas e locais que são muito empoeirados ou lamacentos para prolongar sua vida útil e manter seu desempenho. Por fim, o equipamento deve ser mantido periodicamente de forma sistemática para garantir um efeito de resfriamento estável de todo o sistema.
Trocadores de calor de cabeça flutuante são cruciais nas indústrias de máquinas onde controlar e transferir calor entre fluidos é importante. Portanto, tais aparelhos podem ser usados efetivamente nos seguintes cenários:
Plantas petroquímicas
Os trocadores de calor de cabeça flutuante são amplamente empregados nas indústrias química e petroquímica para desempenhar diferentes funções, como resfriamento e aquecimento de processos químicos vitais. Os aparelhos também podem ser usados para condensar vapor, pré-aquecer a alimentação e resfriar produtos.
Geração de energia
Esses trocadores de calor são comumente empregados em indústrias de geração de energia, incluindo nuclear, combustível fóssil e solar térmica. Eles são principalmente usados em condensadores, sistemas de refrigeração e ciclo de turbinas para transferir calor de várias fontes para aumentar o vapor que gerará eletricidade.
Refinação de petróleo
Nas indústrias de refino de petróleo, os trocadores de calor de cabeça flutuante são principalmente usados para processar petróleo bruto. Especificamente, eles são usados em unidades de craqueamento, destilação e hidrotratamento. Os dispositivos contribuem muito para os processos de resfriamento, transferência de calor e condensação.
Processamento de alimentos
Trocadores de calor com cabeças flutuantes podem ser encontrados em indústrias ou instalações de processamento de alimentos. Eles são usados para pasteurizar produtos, mas isso deve ser feito com cautela e respeitando requisitos sanitários rigorosos.
Farmacêutica
Esses trocadores são comumente encontrados em instalações de produção farmacêutica onde drogas e medicamentos são fabricados. Eles são responsáveis por aquecer e resfriar vários reagentes e componentes. Além disso, os dispositivos garantem o controle preciso da temperatura em vasos de reação.
Celulose e papel
Nas indústrias de celulose e papel, os trocadores de calor de cabeça flutuante são usados em processos de branqueamento, polpação e secagem, entre outros. Os aparelhos suportam a recuperação de calor e garantem a utilização eficiente da energia em vários processos.
HVAC
Os trocadores de calor de cabeça flutuante de pequeno porte podem ser encontrados convenientemente em sistemas de ar condicionado de HVAC flutuantes. Eles são usados nas unidades de resfriamento, condensadores e serpentinas de resfriamento para obter uma transferência de calor adequada entre o ar e os refrigerantes.
Existem vários fatores a serem considerados ao escolher um trocador de calor de cabeça flutuante para uma aplicação de processo. Estes incluem o material do trocador de calor de cabeça flutuante, o projeto, a classificação de pressão e os tipos de conexão.
Os compradores empresariais devem primeiro observar o material do trocador de calor de cabeça flutuante. Ele é normalmente construído com materiais resistentes à corrosão, como aço inoxidável ou ligas, para que possa suportar o ambiente hostil e durar muito tempo. Além disso, é importante garantir que o trocador de calor tenha boa condutividade térmica. Cobre e aço carbono são materiais comuns que podem transferir calor efetivamente. Em alguns casos, os compradores podem precisar investir em trocadores de calor de cabeça flutuante com materiais que possam resistir a altas temperaturas e pressões, como titânio e certas ligas de alto desempenho.
Além disso, o projeto do trocador de calor de cabeça flutuante pode afetar o desempenho de uma aplicação de processo. Por exemplo, um projeto de tubo em U é compacto e fácil de instalar. Um projeto de feixe grande pode facilitar a limpeza e a manutenção.
A classificação de pressão de um trocador de calor de cabeça flutuante determina os níveis de pressão que ele pode suportar durante a operação. Para garantir a segurança e a confiabilidade do processo, os compradores empresariais devem selecionar a classificação de pressão que corresponde aos requisitos de sua aplicação.
Os trocadores de calor de cabeça flutuante usam diferentes tipos de conexão, como flanges e conexões rosqueadas. Um trocador de calor de cabeça flutuante com flange é fácil de instalar e desmontar, o que o torna uma boa escolha para aplicações que exigem manutenção ou substituição frequentes. Os compradores empresariais também podem escolher um rosqueado para uma configuração compacta e leve.
Q1: Qual é o problema com os trocadores de calor?
A1: Os principais problemas que afetam os trocadores de calor são a corrosão e a formação de incrustações, afetando a eficiência. Além disso, falhas mecânicas como rachaduras, vazamentos ou obstruções são comuns.
Q2: Por que os trocadores de calor de cabeça flutuante são preferidos?
A2: Devido à sua capacidade de lidar com grandes mudanças de temperatura sem induzir tensões excessivas, eles são adequados para operações de flutuação. Eles são fáceis de manter e limpar e são preferidos para requisitos de alta manutenção.
Q3: Qual é a vida útil média dos trocadores de calor?
A3: As peças metálicas de um trocador de calor, como a casca e o tubo, podem ter uma vida útil superior a 20 anos se forem mantidas adequadamente. As peças do trocador de calor de cabeça flutuante, como as travas da cabeça flutuante, juntas e anéis de vedação, geralmente precisam ser substituídas a cada 2 a 5 anos, dependendo do uso e da qualidade.
Q4: Como o trocador de calor de cabeça flutuante funciona?
A4: Em um trocador de calor de cabeça flutuante, a cabeça flutuante permite que o feixe de tubos se mova axialmente. Este movimento é essencial para a expansão térmica porque os tubos têm diferentes coeficientes de expansão térmica. A cabeça flutuante também fornece acesso para limpeza e manutenção. Enquanto isso, a cabeça ou canal estacionário abriga a chapa de tubos e mantém os tubos no lugar.
