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O trocador de calor da Unidade de Tratamento de Ar (UTA) é o coração da UTA. O trocador de calor aquece ou resfria o ar que será distribuído por todo o edifício ou instalação. Edifícios industriais ou comerciais normalmente possuem UTAs com trocadores de calor.
Existem dois tipos principais de trocadores de calor encontrados em uma UTA:
Trocadores de calor de serpentina
O trocador de calor de serpentina em uma unidade de tratamento de ar (UTA) é essencialmente uma grande serpentina de tubulação. Existem dois tipos de trocadores de calor de serpentina com base na disposição da tubulação.
Os trocadores de calor de serpentina do primeiro tipo possuem tubos enrolados como uma mola. Uma seção transversal redonda pode ser vista ao observá-lo. O amplamente conhecido trocador de calor de serpentina com aletas deste tipo é aquele por onde o refrigerante ou água quente circula pelas serpentinas de tubos dentro do trocador de calor de tratamento de ar das UTAs. A UTA é refrigerada e aquecida. A água na tubulação pode ser resfriada ou aquecida. Um ventilador dentro da UTA forçará o ar a passar pelas serpentinas de tubos. Se as serpentinas contiverem água gelada, a serpentina resfriará o ar antes que o ventilador o distribua pelo espaço. O mesmo processo ocorrerá se as serpentinas contiverem água quente, exceto que o ar será aquecido.
Os trocadores de calor de serpentina também podem ter seus tubos dispostos em uma configuração de tubo em U. A seção transversal de um trocador de calor de serpentina de tubo em U não é redonda, mas mais parecida com uma oval. O ventilador normalmente puxará o ar circundante para dentro da UTA, e o ar passará sobre o tubo em forma de U. Novamente, a água nos tubos em U pode ser resfriada ou quente, permitindo que a refrigeração ou o aquecimento ocorram.
Trocadores de calor de placas
O trocador de calor de placas em uma unidade de tratamento de ar (UTA) é uma placa fina e plana de metal condutor de calor. A seção transversal pode ser vista como um retângulo fino. A transferência de calor ocorre quando as mesmas placas finas e planas de metal são empilhadas bem próximas umas das outras, o que cria canais para a passagem de fluidos.
Em uma UTA, o trocador de calor de placas funciona para recuperar o calor do ar de exaustão e transferi-lo para o ar frio de entrada ou permitir que um elemento de aquecimento aqueça o ar. Existem dois tipos de trocadores de calor de placas em uma UTA.
O primeiro é um trocador de calor de placas de contrafluxo. Em um trocador de calor de placas de contrafluxo, dois fluidos fluem em direções opostas. Como os trocadores de calor de placas de contrafluxo permitem o fluxo contínuo dos dois fluidos em paralelo, eles têm um coeficiente de transferência de calor mais alto do que outros tipos de trocadores de calor de placas.
O segundo é um trocador de calor de placas de fluxo cruzado. Em um trocador de calor de placas de fluxo cruzado, um fluido flui horizontalmente e o outro fluido flui perpendicularmente. Os trocadores de calor de placas de fluxo cruzado têm menor eficiência em comparação com os trocadores de calor de placas de contrafluxo, mas são mais compactos e menores.
O desempenho e a vida útil dos trocadores de calor da unidade de tratamento de ar dependem da manutenção adequada. A limpeza regular da superfície é essencial. Isso remove detritos e poeira que podem bloquear a circulação do ar ou a transferência de calor.
Aspiradores de pó dedicados podem ser usados para remover cuidadosamente detritos soltos sem danificar as aletas ou tubos. Para sujeira mais teimosa, escovas não abrasivas e escovas de cerdas macias podem ser empregadas. A direção do fluxo de ar deve ser seguida ao limpar com escovas para evitar endireitar as serpentinas de aletas. A transferência de calor ideal ocorre quando as serpentinas estão em seu estado natural, e produtos químicos também podem ser usados para matar bactérias e fungos que crescem no trocador de calor. Eles devem ser usados sob supervisão especializada, e as serpentinas devem ser enxaguadas imediatamente após o uso.
Água e vapor d'água podem afetar negativamente o desempenho e a longevidade dos trocadores de calor. Portanto, é melhor evitá-los ao limpar. Em vez disso, ar comprimido pode ser usado para soprar poeira e detritos para fora dos trocadores de dentro para fora. Jatos de água de baixa pressão podem ser usados se o ar comprimido não estiver disponível, e inspeções abrangentes dos trocadores de calor devem ser feitas pelo menos uma ou duas vezes por ano. O usuário deve procurar sinais de danos, como corrosão, peças soltas, vazamentos ou qualquer outra anormalidade. Eles também devem garantir que o fluxo de ar para o trocador não seja obstruído e que suas aletas não estejam entupidas. Se alguma falha for observada, é melhor consultar profissionais.
Como os trocadores de calor da unidade de tratamento de ar podem ser expostos a diferentes condições climáticas e contaminantes, especialmente em instalações externas, suas caixas e invólucros devem ser verificados e permanecer intactos o tempo todo para evitar essa exposição. Também é melhor deixar os manipuladores de ar do trocador de calor para especialistas durante fechamentos prolongados da instalação.
Geralmente, os fabricantes fornecem guias específicos para o usuário com instruções detalhadas de limpeza do trocador e outras dicas específicas. Seguir essas instruções é essencial para evitar cancelamentos e garantir que o trocador de calor de ar funcione de forma ideal.
Os trocadores de calor para unidades de tratamento de ar são usados em várias indústrias e aplicações que exigem gerenciamento de ar. Aqui estão alguns cenários comuns em que os trocadores de calor para UTAs são aplicados.
Edifícios Comerciais
Os trocadores de calor nas UTAs são frequentemente usados em grandes edifícios comerciais, como escritórios, shoppings, hotéis e escolas. Normalmente, esses edifícios são ventilados centralmente usando sistemas de HVAC que devem ser eficientes. Portanto, as unidades de HVAC com trocadores de calor ar-ar aumentam a ventilação econômica recuperando a energia térmica do ar de exaustão para condicionar o ar ambiente de entrada.
Instalações Industriais
Em plantas de fabricação e fábricas, os trocadores de calor são aplicados para otimizar a ventilação de espaços de trabalho e áreas de processo. O equipamento melhora a qualidade do ar interno removendo contaminantes e recuperando calor dos gases de exaustão gerados pelos processos de produção e máquinas. Esse calor recuperado pode ser usado para pré-aquecer o ar de reposição ou fornecer ar quente para aumentar a eficiência do sistema de HVAC geral.
Hotéis e Hospitais
As UTAs são unidades essenciais para os sistemas de HVAC central de hotéis e hospitais. Em ambas as instalações, é fundamental ter sistemas de ventilação eficientes. Portanto, ambos podem ser equipados com trocadores de calor para garantir que as unidades sejam energeticamente eficientes. Além disso, os trocadores de calor permitem que as duas instalações mantenham a pressurização positiva e a alta qualidade do ar interno.
Centros de Dados
Os centros de dados garantem que os servidores permaneçam frios e funcionais. Portanto, eles precisam de controle preciso de umidade e temperatura. Os trocadores de calor nas UTAs do centro de dados mantêm as temperaturas ideais dos ambientes enquanto exaurem o calor dos racks de servidores. Eles permitem que o sistema reutilize o calor da instalação ou de outros equipamentos dentro da instalação para regular a temperatura. Como resultado, os trocadores de calor aumentam a eficiência energética de todo o centro de dados.
Hotéis e Hospitais
As UTAs são unidades essenciais para os sistemas de HVAC central de hotéis e hospitais. Em ambas as instalações, é fundamental ter sistemas de ventilação eficientes. Portanto, ambos podem ser equipados com trocadores de calor para garantir que as unidades sejam energeticamente eficientes. Além disso, os trocadores de calor permitem que as duas instalações mantenham a pressurização positiva e a alta qualidade do ar interno.
Centros de Dados
Os centros de dados garantem que os servidores permaneçam frios e funcionais. Portanto, eles precisam de controle preciso de umidade e temperatura. Os trocadores de calor nas UTAs do centro de dados mantêm as temperaturas ideais dos ambientes enquanto exaurem o calor dos racks de servidores. Eles permitem que o sistema reutilize o calor da instalação ou de outros equipamentos dentro da instalação para regular a temperatura. Como resultado, os trocadores de calor aumentam a eficiência energética de todo o centro de dados.
Existem vários fatores importantes a serem considerados ao escolher um trocador de calor para sistemas de HVAC. A decisão corresponde, em última análise, à aplicação, o que é mais importante do que nunca diante do aquecimento global e do aumento dos custos de energia.
Eficiência Energética:
O primeiro e mais importante fator na escolha de um trocador de calor de HVAC é a eficiência energética. Isso é crucial para sistemas de HVAC comerciais porque grandes quantias de dinheiro são investidas em ar condicionado e aquecimento. Um trocador de calor energeticamente eficiente pode recuperar cerca de 70 a 80 por cento da energia do ar de exaustão. Em alguns sistemas de HVAC residenciais, ventiladores de recuperação de energia usam trocadores de calor de placas planas para recuperar cerca de 60 a 70 por cento da energia do ar de exaustão.
Fluxo Cruzado:
O projeto e o funcionamento do trocador de calor desempenham um papel importante em sua eficiência e adequação para diferentes aplicações. Os tipos comumente usados, como contrafluxo, fluxo cruzado e corrente conjunta, são geralmente encontrados em edifícios comerciais que precisam usar os tipos mais eficientes de trocadores de calor. O trocador de calor de fluxo corrente conjunta tem um design simples, mas não permite a melhor troca de temperatura. Os trocadores de calor de contrafluxo são melhores porque permitem que o fluido flua em direções opostas. Contrafluxo e fluxo cruzado são encontrados principalmente nas unidades centrais de tratamento de ar de edifícios comerciais.
Durabilidade e Manutenção:
Um fator importante nos custos operacionais de um edifício é a manutenção de todos os seus sistemas. Fazer a escolha certa de trocador de calor pode fazer uma grande diferença na frequência com que ele precisa ser mantido e na sua durabilidade. Um trocador de calor ar-ar precisará de pouquíssima manutenção devido ao baixo teor de umidade do ar.
Custo:
O custo inicial do trocador de calor terá um papel importante na decisão, mas considerar os custos operacionais de longo prazo fornecerá uma visão melhor do custo total ao longo de sua vida útil. Investir em um trocador de calor mais caro e eficiente recuperará o dinheiro rapidamente.
P1: Como os trocadores de calor funcionam nas unidades de tratamento de ar?
R1: Os trocadores de calor nas unidades de tratamento de ar transferem calor entre dois fluxos de ar, que podem ter temperaturas diferentes e não podem ser misturados. Normalmente, eles recuperam calor do ar de exaustão e o usam para pré-aquecer ou pré-resfriar o ar fresco de entrada.
P2: Quais são os sinais de um trocador de calor com falha em um manipulador de ar?
R2: Os manipuladores de ar de um trocador de calor podem apresentar alguns sinais de falha, como rachaduras, corrosão ou qualquer dano físico. Pode haver uma queda no aquecimento ou resfriamento do edifício. Também pode haver um som de chiado ou estalo incomum vindo da unidade. Além disso, pode haver um aumento no consumo de energia. Finalmente, pode haver um acúmulo de CO2 no edifício.
P3: Quanto tempo duram os trocadores de calor nas unidades de tratamento de ar?
R3: Geralmente, os trocadores de calor nas unidades de tratamento de ar podem durar de 10 a 20 anos, dependendo de alguns fatores como o material, a manutenção da unidade, os fatores ambientais, as condições de operação, etc.
P4: Um trocador de calor em uma unidade de tratamento de ar pode ser reparado?
R4: Se houver pequenas rachaduras ou vazamentos no trocador de calor, um especialista pode realizar reparos ou selar os danos. No entanto, se houver rachaduras grandes ou danos graves, a unidade terá que ser substituída.
