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Um trocador de calor é um dispositivo projetado para facilitar a transferência eficiente de energia térmica entre fluidos sem a necessidade de contato direto entre eles. Existem vários tipos de trocadores de calor de casco e tubo em aço inoxidável disponíveis:
Trocador de calor de casco e tubo regular
O trocador de calor de casco e tubo regular consiste em um feixe de tubos que são envolvidos por um casco cilíndrico. Dois fluidos fluem pelo trocador de calor em direções de fluxo contracorrente ou paralelo, permitindo a transferência de calor eficiente entre os fluidos.
Trocador de calor de chapa de tubo fixa
Um trocador de calor de casco e tubo de chapa de tubo fixa em aço inoxidável é aquele em que as chapas de tubo são fixas ou estacionárias. Isso contrasta com um trocador de calor de chapa de tubo flutuante, onde pelo menos uma das chapas de tubo pode flutuar ou se mover. Como resultado, os trocadores de chapa de tubo fixa permitem uma limpeza e manutenção simplificadas, mas podem não permitir tanta expansão e contração quanto os trocadores de chapa de tubo flutuante.
Trocador de calor de tubo em U
Os trocadores de calor de casco e tubo em U possuem tubos retos que são dobrados em forma de U. Eles também são frequentemente chamados de trocadores de calor de tubo em U. Eles geralmente contêm um projeto de passagem única, o que os torna mais fáceis de fabricar e manter. Além disso, devido às seções de entrada e saída retas interligadas, eles ocupam menos espaço do que outros tipos de trocadores de calor de casco e tubo.
Trocador de calor de tubo duplo
Um trocador de calor de tubo duplo, às vezes referido como um tipo específico de trocador de calor de casco e tubo, consiste em um tubo externo maior e um tubo interno menor contido dentro dele. Os dois fluidos fluem em direções opostas entre os dois tubos, permitindo a troca de calor. Os tubos interno e externo podem estar em arranjos contracorrente ou concorrente.
Algumas das principais especificações/parâmetros de um trocador de calor de casco e tubo são as seguintes:
Diâmetro do trocador
Isso se refere ao diâmetro externo do casco e não inclui a camada de isolamento ou revestimento. A faixa típica encontrada para trocadores de calor industriais está entre 30 e 400 mm.
Comprimento total do casco
Este é o comprimento do casco cilíndrico. O comprimento de todos os trocadores variará dependendo do modelo e do tipo.
Número de chapas de tubo fixas
Uma chapa de tubo é uma placa na qual são feitos furos para acomodar os tubos, e os furos têm exatamente a mesma forma e tamanho dos tubos. Os trocadores de calor podem ter uma ou duas chapas de tubo fixas ou uma chapa de tubo móvel na parte externa.
Pressão de projeto
A pressão de projeto para o casco é a pressão máxima que o casco pode suportar. Isso é crucial para garantir que o casco não rache ou seja danificado de alguma forma quando houver pressão excessiva.
Material de construção
BRIN-970 e 971, AGL-905, AGL-900, AGL-950
Para garantir que o trocador de calor funcione corretamente, é essencial mantê-lo limpo. Os trocadores de calor de casco e tubo geralmente têm dois tipos de incrustações neles:
Incrustação tubular
Isso acontece quando há acúmulo dentro dos tubos que reduz a transferência de calor. Esse fenômeno pode ser interno ou externo. Na incrustação interna, há depósitos dentro dos tubos, enquanto a resistência térmica ocorre fora dos tubos.
Incrustação no casco
Na incrustação no casco, os depósitos ocorrem no lado do casco, e a eficiência da transferência de calor é reduzida.
Para manter o trocador de calor de casco e tubo limpo e funcional, é melhor fornecer a ele uma limpeza química periodicamente. O método de limpeza química é uma excelente escolha, pois ajuda a manter o equipamento intacto, em oposição aos métodos mecânicos que podem causar desgaste no dispositivo.
O primeiro passo na limpeza química é fazer uma análise completa do sistema do trocador e determinar os produtos químicos que funcionarão melhor e o trocador. As determinações devem ser feitas com base nos materiais dos tubos, incrustação no lado do tubo, incrustação no lado do casco, função do trocador de calor e layout específico.
Normalmente, o ácido é usado para limpar trocadores de calor quando há incrustação nos tubos. As empresas operadoras podem escolher o ácido inibido ou a transferência de solvente. O ácido inibido protegerá o lado do tubo do dano químico e físico. Se o solvente for usado, o inibidor terá que ser reciclado do sistema antes de ser retornado à alimentação.
O tipo de incrustação com a qual o ácido ajuda inclui incrustação de carbonato, incrustação mista de sulfato e carbonato e incrustação de silicato, mas não incrustação de silicato. Se o trocador tiver algum tipo de incrustação biológica, é melhor qualquer tipo de incrustação de aluminosilicato, ou é melhor usar dióxido de cloro ou qualquer outro biocida.
É importante lembrar que os ácidos podem danificar outros metais quando são usados, como cobre, latão e aço carbono. Uma escolha melhor seria usar água eletrolisada quelante para limpeza com tipos específicos de revestimentos.
O trocador de calor de casco e tubo desempenha inúmeros papéis críticos em várias indústrias. Abaixo estão algumas das aplicações comuns desse equipamento:
Óleo e Gás
Os trocadores de calor são vitais na indústria de petróleo e gás. Eles facilitam o aquecimento de petróleo bruto em desidratadores e a recuperação de calor do gás de combustão em compressores de turbinas a gás. Outras aplicações incluem resfriamento de gás, aquecimento de água de condensado, resfriamento de petróleo bruto e compressão de gás.
Geração de Energia
Os trocadores de calor são componentes essenciais em usinas de geração de energia. Eles ajudam no resfriamento do vapor da turbina para condensá-lo e bombear a água de volta para a caldeira. O processo impulsiona uma geração de energia eficiente. Além disso, os trocadores de calor são úteis para recuperar o calor residual dos gases de combustão para pré-aquecer a água destinada à caldeira.
Tratamento de Água
Os trocadores de calor apoiam o processo de tratamento de água. Eles regulam a temperatura durante o processo de tratamento de água para promover as reações químicas desejadas. Os trocadores de calor também utilizam a transferência de calor da água residual para aquecer a água fria, reduzindo assim os custos de energia.
Processamento de Alimentos
Os processadores de alimentos usam trocadores de calor para pasteurização, esterilização e cozimento. Os dispositivos ajudam a manter a temperatura desejada, preservando a integridade e a segurança dos produtos alimentícios.
Processamento Químico
As indústrias de processamento químico usam trocadores de calor para aquecimento, resfriamento, condensação, secagem, cristalização e recuperação de calor. Eles são usados em reatores, evaporadores, secadores e reatores, entre outros sistemas de processamento químico.
Sistemas HVAC
Os trocadores de calor desempenham um papel crítico nos sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC). Eles recuperam calor do ar de exaustão para pré-aquecer o ar fresco de entrada. O processo aumenta a eficiência energética do sistema.
Aplicações Marinhas
Os operadores marítimos usam trocadores de calor para resfriamento de óleo, resfriamento de água doce e caldeiras de gases de exaustão. Os trocadores de calor promovem o resfriamento do motor transferindo calor do óleo do motor para a água do mar. Eles também impedem o superaquecimento do motor e os riscos de segurança associados.
Ao selecionar trocadores de calor de casco e tubo em aço inoxidável, os compradores precisam considerar vários fatores para garantir que escolham o equipamento certo para suas necessidades e aplicações específicas.
Compreender os requisitos do processo
Os compradores precisam entender claramente os requisitos do processo, incluindo a temperatura e pressão dos fluidos de trabalho, as taxas de fluxo, a natureza dos fluidos (por exemplo, corrosividade, viscosidade) e o desempenho desejado da transferência de calor (por exemplo, a efetividade térmica).
Considerar os materiais
Com base nos requisitos do processo e nos fluidos envolvidos, os compradores devem selecionar cuidadosamente os materiais para os tubos e o casco do trocador de calor. Eles devem garantir que os materiais possam suportar as condições de operação e evitar quaisquer problemas potenciais de compatibilidade.
Prestar atenção ao projeto e à configuração
Escolha o projeto apropriado de trocador de calor de casco e tubo (por exemplo, contracorrente, transversal ou outros projetos) e configuração (por exemplo, layout do tubo, arranjo de passagem) com base nos requisitos específicos da aplicação e restrições de espaço.
Avaliar o desempenho
Os compradores precisam avaliar o desempenho do trocador de calor, incluindo sua eficiência de transferência de calor, queda de pressão e eficiência energética geral. Eles devem escolher um trocador que possa fornecer o desempenho necessário, minimizando a queda de pressão e a perda de energia.
Verificar o requisito de manutenção
Selecione um trocador de calor que requer manutenção mínima e fácil manutenção (por exemplo, acessível, limpo, peças substituíveis, etc.). Considere o cronograma de manutenção e o orçamento para custos operacionais de longo prazo.
Avaliar o fornecedor
Escolha um fabricante de trocadores de calor respeitável que ofereça produtos confiáveis e de alto desempenho. Examine a experiência, a especialização, a certificação e o histórico do fabricante no setor. Além disso, considere o suporte técnico e o serviço pós-venda do fornecedor.
P1: Quais são as tendências do mercado de trocadores de calor?
R1: O mercado de trocadores de calor está crescendo devido à recuperação de energia e às preocupações ambientais. Os projetos compactos são populares para espaços limitados. Modelos adaptáveis que respondem às mudanças na produção estão em alta demanda. A tecnologia inteligente integra o monitoramento em nuvem para manutenção. Os trocadores de calor de casco e tubo ainda são populares porque são acessíveis e duráveis. Novos materiais, como nanofluidos e grafeno, melhoram a eficiência. O mercado chegará a US$ 25,68 bilhões até 2030, mostrando uma taxa de crescimento anual composta de 7,6%.
P2: Por que os trocadores de calor de casco e tubo ainda são tão populares?
R2: Os trocadores de calor de casco e tubo ainda são populares porque são acessíveis, duráveis e fáceis de manter. Além disso, eles podem resistir a alta pressão e temperatura. O projeto é muito flexível, por isso pode atender a muitos usos.
P3: Quanto tempo um trocador de calor de casco e tubo pode durar?
R3: Um trocador de calor de casco e tubo bem mantido pode durar até 20-30 anos ou até mais.
P4: Qual é o requisito de manutenção para trocadores de calor de casco e tubo?
R4: Inspeções de rotina, limpeza para remover incrustações, verificação de vazamentos e análise de parâmetros operacionais são a manutenção comum de trocadores de calor de casco e tubo.
P5: Os trocadores de calor de casco e tubo podem ser modificados?
R5: Sim, os trocadores de calor de casco e tubo podem ser modificados, como adicionar folga de corrosão, trocar materiais ou ajustar a geometria dos tubos.
