Trocador de calor de casco e tubo

Tipos de trocadores de calor de casco e tubo

Um trocador de calor de casco e tubo é um dispositivo mecânico que transfere calor entre dois fluidos. Ele consiste em um grande casco tubular com vários tubos longos dentro, que normalmente são feitos de metal. O calor é transferido entre os dois fluidos através das paredes dos tubos. Os trocadores de calor de casco e tubo podem ser construídos de várias maneiras para criar padrões de fluxo unidirecional ou bidirecional, mas existem alguns tipos padrão.

• Trocador de calor

  O trocador de calor de casco e tubo com cabeçote flutuante é um dos tipos mais comuns. Sua cabeça pode se mover livremente na direção axial. O cabeçote flutuante facilita a manutenção e a limpeza dos tubos. Portanto, ele permite a manutenção frequente dos tubos para remover sujeira e incrustações. Além disso, os trocadores de calor com cabeçote flutuante são usados ​​para compensar a expansão térmica, o que é adequado para algumas ocasiões. No entanto, por não serem fixados firmemente, os feixes de tubos não podem ser fixados. Assim, eles não são adequados para áreas com altas pressões ou temperaturas.

• Trocador de calor fixo

  Um trocador de calor de cabeçote fixo é semelhante a um trocador de calor de cabeçote flutuante. No entanto, ambas as extremidades dos feixes de tubos são fixadas com uma tampa em ambas as extremidades. Eles são mais econômicos em termos de espaço e mais baratos do que os cabeçotes flutuantes. Mas as extremidades fixas impossibilitam a limpeza dos tubos internos. Portanto, os trocadores de calor fixos são frequentemente usados ​​em aplicações com pouca sujeira ou onde os trocadores de calor são inicialmente menos dispendiosos, mas mais tarde não são caros de manter.

• Trocador de calor com tubo em U

  Este tipo de trocador de calor é composto por vários tubos retos em forma de U. O trocador de calor de tubo em U absorve a expansão térmica dos tubos e tem o benefício de ter as chapas tubulares fixas. Além disso, os trocadores de calor de tubo em U são convenientes e economizam tempo para montar e desmontar em comparação com os trocadores de calor de cabeçote flutuante. Portanto, eles são um dos tipos mais populares de trocadores de calor de casco e tubo.

Especificações e manutenção de trocadores de calor de casco e tubo

As especificações desses tipos de trocadores de calor podem variar de acordo com as necessidades industriais.

• Tamanhos

  Geralmente, as dimensões de um trocador de calor de casco e tubo consistem no comprimento e diâmetro do casco. Eles podem diferir para cada aparelho de acordo com a capacidade e a necessidade de manusear fluidos. Os tamanhos padrão incluem trocadores com diâmetro do casco de 0,5 a 5 pés e comprimento de 5 a 50 pés.

• Tubo

  Os tubos podem diferir de acordo com o tamanho do casco. Um tubo pode ter um diâmetro de 0,25 a 2 polegadas e um comprimento que também pode variar. Pode haver de 100 a 50.000 tubos em um trocador de calor. A combinação é que o aparelho pode funcionar de forma eficaz e atender às necessidades industriais para troca de calor.

• Materiais

  Tanto o casco quanto o tubo são feitos de materiais metálicos que possuem resistência superior à corrosão e podem suportar grandes diferenças de temperatura. Os materiais comumente usados ​​incluem aço inoxidável, aço carbono, cobre, titânio e ligas como cuproníquel.

• Pressão e Temperatura

  Os trocadores de calor de casco e tubo podem suportar vários níveis de pressão. O material do tubo, o projeto e os métodos de união determinam a pressão de trabalho máxima do trocador. Os trocadores de calor padrão têm pressão de casco e tubo de 5.000 PSI. No entanto, os modelos de alta pressão podem ter pressão máxima maior. Quanto à temperatura, os trocadores de calor padrão podem funcionar em uma faixa de temperatura de - 45 a 204 graus Celsius. Os trocadores de calor feitos para a indústria petrolífera podem ter temperaturas ainda mais altas de 300 graus Celsius.

• Eficiência

  Geralmente, a eficiência de um trocador de calor de casco e tubo significa a eficácia com que um aparelho transfere calor. Uma equação pode calcular a perda ou ganho de energia e a entrada e saída. De acordo com estudos, os trocadores de calor padrão têm eficiência de 70% a 90%.

Os trocadores de calor precisam ser cuidados, ou os processos industriais podem ser ineficientes, e pode haver problemas sérios de segurança.

• Verificações de rotina

  As empresas precisam criar um cronograma para inspecionar o equipamento. Isso deve ser baseado no uso do aparelho, nos fluidos que são trocados e nas condições operacionais anormais. Normalmente, uma política de inspeção de rotina deve verificar rachaduras, deformações e vedações, juntas e parafusos soltos ou danificados. A integridade e o alinhamento dos tubos devem fazer parte do exame para evitar vazamentos do tubo para o casco e evitar que os tubos sejam expostos a estresse e tensão. O alinhamento é vital quando os tubos são expandidos para o alojamento do casco usando calor.

• Limpeza

  Um casco de troca de calor de tubo é principalmente afetado por incrustações. Isso é causado pela formação de depósitos nas superfícies de transferência de calor, o que reduz sua eficiência. A incrustação externa ocorre quando os depósitos se acumulam na superfície externa do casco. A incrustação interna ocorre quando os depósitos se acumulam nas superfícies internas dos tubos. Os operadores devem decidir sobre a frequência ideal de limpeza com base no tipo de fluido que está sendo trocado e nas outras condições operacionais. As empresas devem calcular a quantidade de perda de transferência de calor que o acúmulo de depósitos causa e o custo da limpeza em relação à ineficiência de não limpar o aparelho.

• Calibração

  Isso monitora os parâmetros de desempenho. Inclui quedas de pressão, vazões e temperaturas. O sistema deve ser ajustado se houver desvios. Para outros aparelhos que possuem automação, devem ser usados ​​alarmes e controles automatizados.

Cenários de trocadores de calor de casco e tubo

O trocador de calor de casco e tubo tem várias aplicações em várias indústrias. A seguir, são mostradas algumas das aplicações em várias indústrias.

• Na indústria de petróleo e gás: os trocadores de calor de casco e tubo são usados ​​predominantemente em refinarias e instalações de processamento de gás. Eles são usados ​​em diferentes processos, como condensadores, refrigeradores, aquecedores, refervedores e vaporizadores. Por exemplo, no processamento de gás natural, os trocadores de calor de casco e tubo são usados ​​para resfriar ou aquecer correntes de gás para facilitar a condensação de hidrocarbonetos pesados. Inserções de tubos, como a fita torcida, podem melhorar o desempenho térmico na refinação de petróleo bruto, onde a transferência de calor é vital para processos de craqueamento, destilação e desidratação. As inserções de trocadores de calor de casco e tubo melhoram o desempenho do trocador de calor, encurtando a duração da troca ou diminuindo o consumo de energia.
• Na indústria de geração de energia: nas usinas de energia a combustível fóssil, os trocadores de calor de casco e tubo servem como condensadores de ar. Eles também ocorrem como trocadores de superfície de vapor em usinas nucleares. Em ambas as aplicações, os trocadores de calor de casco e tubo ajudam a converter o vapor de exaustão em água para reutilização na planta. Os sistemas de refrigeração em usinas hidrelétricas também possuem trocadores de calor de casco e tubo para manter a operação ideal da turbina e do gerador.
• Na indústria de alimentos e bebidas: os trocadores de calor de casco e tubo são usados ​​para pasteurização na indústria de alimentos e bebidas. Eles são usados ​​para aquecer produtos de alimentos e bebidas e resfriá-los posteriormente. Os trocadores de calor de casco e tubo também são aplicados em unidades de refrigeração e absorção de amônia. Eles ajudam a manter caixas usadas para armazenar produtos alimentícios em temperaturas frias. As unidades de amônia funcionam absorvendo amônia em água para refrigerar ou resfriar as caixas.
• Na indústria farmacêutica: os trocadores de calor de casco e tubo são comumente usados ​​no setor farmacêutico para processos que exigem controle preciso de temperatura. Eles são usados ​​para aquecer ou resfriar compostos farmacêuticos durante a fabricação. Os trocadores de calor de casco e tubo também ocorrem em processos de cristalização, secagem e fermentação. Além disso, eles são usados ​​em sistemas de sala limpa para controlar a temperatura e manter um ambiente estéril para a produção farmacêutica.
• Na indústria HVAC: os trocadores de calor de casco e tubo ocorrem em sistemas comerciais de ar condicionado e refrigeração. Eles são usados ​​em chillers, condensadores e evaporadores para transferir calor entre refrigerantes e sistemas de construção, regulando assim as temperaturas nos edifícios. Os trocadores de calor de casco e tubo também ventilam sistemas que ajudam a manter a qualidade do ar interno, trocando calor com o ambiente externo.

Como escolher trocadores de calor de casco e tubo

Para compradores empresariais que desejam adquirir trocadores de calor de casco e tubo, existem alguns fatores importantes que precisam ser considerados.

• Requisitos de aplicação

  Os compradores precisam identificar os requisitos de sua aplicação. Eles precisam considerar seu meio, vazão, temperatura, bem como pressão. Além disso, a necessidade de transferência de energia eficiente deve ser considerada. Os compradores devem combinar o desempenho do trocador de calor com as aplicações específicas, como processamento químico, refino de petróleo, geração de energia ou HVAC.

• Parâmetros de projeto

  Os compradores empresariais devem considerar alguns parâmetros de projeto, como o diâmetro e o comprimento do tubo, o passo, o espaçamento do defletor e o diâmetro do casco. Eles precisam se concentrar nos parâmetros de projeto que podem afetar a eficiência da transferência de calor e a queda de pressão.

• Materiais

  Os compradores empresariais precisam selecionar os materiais adequados com base no ambiente operacional, incluindo temperatura, pressão e fluido de trabalho. Além disso, eles precisam considerar a resistência à corrosão, a condutividade térmica, a resistência, bem como a vida útil dos materiais.

• Dimensionamento e classificação

  Os compradores empresariais precisam realizar cálculos para determinar o tamanho e a capacidade ideais do trocador de calor com base nos requisitos de transferência de calor, nas propriedades do fluido e nas condições operacionais.

• Normas e códigos

  Os compradores empresariais precisam prestar atenção às normas e códigos relevantes para trocadores de calor de casco e tubo em sua indústria e área. Isso garante que os trocadores de calor podem atender aos requisitos regulatórios e ajuda a evitar riscos de conformidade.

P&R

P1: Quais são as tendências no mercado de trocadores de calor de casco e tubo?

R1: Espera-se que o tamanho do mercado de trocadores de calor de casco e tubo testemunhe um crescimento substancial nos próximos anos. O mercado é impulsionado pela demanda por trocadores de calor industriais de energia eficiente. O mercado também está testemunhando desenvolvimentos contínuos, incluindo os projetos adaptáveis ​​de trocadores de calor de casco e tubo, novos materiais para tubos e tecnologia de trocadores de calor compactos.

P2: Quem inventou os trocadores de calor?

R2: Ele foi capaz de criar um dispositivo que transferiria calor de um fluido para outro ao mesmo tempo. Foi o primeiro trocador de calor moderno. O trocador de calor de casco e tubo então se tornou muito popular em muitas indústrias.

P3: Como os trocadores de calor beneficiam o meio ambiente?

R3: Os trocadores de calor são dispositivos importantes em muitos processos industriais. Eles são cruciais para aumentar a eficiência energética. Os trocadores de calor reciclam energia do calor residual. Eles reduzem o consumo geral de energia e as emissões de gases de efeito estufa. Isso torna os trocadores de calor benéficos para o meio ambiente.