Trocador de calor térmico

Tipos de trocadores de calor térmicos

Um trocador de calor térmico é um dispositivo que permite a transferência de calor entre dois fluidos sem permitir que eles se misturem. Os trocadores de calor térmicos são cruciais em várias indústrias, incluindo geração de energia, processamento químico, refinarias de petróleo, petroquímicos, celulose e papel, ar condicionado, refrigeração e embarcações à vela. Existem três tipos principais de trocadores de calor térmicos: trocadores de calor de placas, casco e tubo e trocadores de calor refrigerados a ar.

• Trocadores de calor de placas

  Os trocadores de calor de placas consistem em placas finas de metal que são empilhadas verticalmente ou horizontalmente. As placas são frequentemente onduladas para aumentar a área da superfície e melhorar a eficiência da transferência de calor. Dois fluidos fluem através do dispositivo em canais alternados criados entre as placas. As placas são geralmente feitas de aço inoxidável ou uma combinação de ferro e alumínio.

  Alguns benefícios dos trocadores de calor de placas incluem compacidade e alta eficiência, baixas quedas de pressão e fácil manutenção e limpeza. Eles são usados ​​para transferir calor entre líquidos nas indústrias de processamento de alimentos, HVAC, química e energia.

• Trocadores de calor de casco e tubo

  Os trocadores de calor de casco e tubo, também conhecidos como trocadores de calor tubo-e-tubo, consistem em um ou mais tubos alojados em um casco tubular grande. Um dos fluidos flui através do(s) tubo(s). O outro fluido flui pelo espaço do casco. A configuração dos trocadores de calor de casco e tubo permite flexibilidade no projeto e construção. Eles podem ter diferentes tipos de cascos, como esféricos, quadrados ou múltiplos lençóis de tubos.

  Os trocadores de calor de casco e tubo são conhecidos por serem duráveis ​​e de longa duração. Eles podem suportar condições adversas como altas temperaturas e pressões. Além disso, eles são fáceis de limpar, reparar e manter. Como resultado, eles têm sido amplamente utilizados em refinarias de petróleo, plantas petroquímicas e empresas de geração de energia. Devido à sua durabilidade, eles ainda servem nessas indústrias sem necessidade de substituição.

• Trocadores de calor refrigerados a ar

  Os trocadores de calor térmicos refrigerados a ar usam ar ambiente para resfriar ou aquecer um fluido. Um ventilador sopra ar através de tubos com aletas, que contêm o fluido. O calor é rejeitado ou absorvido pelo fluido através dos tubos. Os trocadores de calor refrigerados a ar são compactos, eficientes e ecologicamente corretos. Eles também são menos dispendiosos e complexos do que os trocadores de calor ar-ar. Além disso, eles são adequados para aplicações onde a água é escassa.

  Os trocadores de calor refrigerados a ar são equipamentos de refrigeração comumente usados ​​nas indústrias de geração de energia, petroquímica, HVAC e automotiva. Eles podem ser encontrados em condicionadores de ar, radiadores de carro e unidades de condensação de sistemas de refrigeração.

Especificação e manutenção

Vários trocadores de calor térmicos estão disponíveis no mercado com especificações distintas com base em diferentes modelos e aplicações industriais. A tabela a seguir lista algumas especificações típicas e suas respectivas descrições para referência.

• Materiais

  Os trocadores de calor são construídos com materiais como aço inoxidável, aço carbono, cobre, alumínio, etc., o que proporciona resistência mecânica e durabilidade. O material do trocador de calor tem boa condutividade térmica e pode resistir à corrosão. Assim, ele pode continuar funcionando por muito tempo em vários ambientes.

• Sensibilidade a fluidos e temperatura

  Os trocadores de calor permitem que o calor seja transferido entre diferentes fluidos. Esses fluidos geralmente podem ser gases, água, óleo ou fluidos especializados, como refrigerantes. Além disso, os trocadores de calor podem se adaptar a uma ampla faixa de temperaturas, como temperaturas de trabalho de -50℃ a 2000℃. Essa alta tolerância os torna adequados para muitas aplicações industriais.

• Resistência à pressão

  Alguns trocadores de calor possuem boa resistência à pressão e podem funcionar em alta pressão, que é de até 2,5 MPa ou mais. Assim, eles são adequados para indústrias onde a pressão é alta, como extração de petróleo e gás.

• Eficiência: Valor U

  O coeficiente de transferência de calor total unitário é simbolizado como valor U. Esse valor mede o processo de transferência de calor e mostra com que eficiência um trocador de calor funciona. Geralmente, quanto maior o valor U, melhor a eficiência da transferência de calor do trocador de calor.

• Dimensões

  Os trocadores de calor vêm em diferentes tamanhos para atender a outras aplicações. Sejam unidades pequenas e portáteis ou grandes unidades industriais, todas atendem a requisitos específicos de espaço e instalação.

Todos os tipos de trocadores de calor precisam de manutenção para garantir seu funcionamento adequado. Aqui está alguma manutenção de rotina de trocadores de calor para referência.

• Limpeza regular

  A incrustação é o maior fator que afeta o desempenho dos trocadores de calor. As empresas precisam limpar os trocadores de calor regularmente de acordo com as condições de trabalho e a frequência de uso. Eles podem escolher os métodos de limpeza apropriados, como limpeza química, limpeza mecânica, etc., para garantir que as superfícies tenham um bom efeito de transferência de calor.

• Detecção de vazamentos

  Os usuários precisam verificar regularmente se há vazamentos nas juntas, pontos de solda e sistemas de tubulação dos trocadores de calor. Uma vez que encontrarem alguns vazamentos leves, precisam repará-los imediatamente para evitar danos e perdas adicionais.

• Monitoramento dos parâmetros de operação

  Os usuários precisam monitorar constantemente os parâmetros de operação principais dos trocadores de calor, como temperaturas de entrada/saída, pressões e fluidos. Eles precisam ajustar as condições de operação a tempo se os parâmetros forem anormais. Assim, ele pode manter a operação estável e eficiente dos trocadores de calor.

• Manutenção e revisão regulares

  Os componentes e peças principais dos trocadores de calor, como bombas, válvulas e sistemas de controle, precisam ser mantidos e revisados ​​regularmente. Os usuários precisam garantir que esses componentes funcionem de forma confiável lubrificando, ajustando e inspecionando-os.

Cenários em que os trocadores de calor térmicos são usados

A função principal de um trocador de calor térmico é transferir calor entre dois ou mais fluidos de forma eficiente; portanto, ele encontra aplicações em diversas indústrias.

• Geração de energia

  Os trocadores de calor térmicos, especialmente caldeiras e condensadores, são amplamente utilizados nas indústrias de geração de energia. Eles são usados ​​em usinas nucleares, a carvão e a gás. Os trocadores de calor ajudam a gerar vapor a partir do calor dos vasos do reator em usinas nucleares. Em usinas a carvão e a óleo, o calor da queima de combustíveis ferve a água para produzir vapor. As usinas então usam o vapor para girar turbinas que geram eletricidade. Os condensadores resfriam o vapor das turbinas de volta à água para reiniciar o ciclo usando refrigeradores como trocadores de calor.

• Sistemas HVAC

  Os trocadores de calor são partes importantes dos sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC). Por exemplo, os ventiladores de recuperação de calor têm trocadores que transferem calor entre o ar de saída e o ar de entrada. Isso ajuda a transferir o calor do ar de saída para o ar de entrada sem misturar os dois fluxos de ar. Permite que os edifícios mantenham as temperaturas internas enquanto reduzem os custos de energia. Outros tipos de trocadores de calor usados ​​em sistemas HVAC são condensadores, refrigeradores e intercooler.

• Processamento de alimentos e bebidas

  A indústria de processamento de alimentos e bebidas emprega trocadores de calor térmicos como pasteurizadores. Os pasteurizadores são usados ​​para transferir calor para produtos alimentícios e de bebidas, como sucos de frutas, leite, cerveja e ovos líquidos. O processo elimina microrganismos patogênicos, aumenta a vida útil e preserva as qualidades dos alimentos. Refrigeração e refrigeradores também desempenham um papel importante no processamento de alimentos. Eles ajudam a resfriar e congelar produtos alimentícios para preservá-los ou manter a temperatura correta durante o processamento. Os trocadores de calor comuns usados ​​para refrigeração são trocadores de placas e tubulares.

• Indústria de petróleo e gás

  A indústria de petróleo e gás usa trocadores de calor para refinarias de petróleo e plantas petroquímicas. Nessas instalações, fornos, condensadores, refrigeradores e refervedores são frequentemente usados. Os trocadores de calor ajudam a refinar o petróleo bruto em produtos de petróleo, como diesel, gasolina e querosene. Os trocadores de calor de petróleo e gás também resfriam e condensam gases para separar produtos valiosos como etileno, propileno e benzeno do petróleo bruto.

• Aplicações marítimas

  As indústrias marítimas também fazem uso de trocadores de calor térmicos. Por exemplo, existem trocadores de calor de casco e tubo em navios que resfriam o gás de escape do motor. Isso protege o motor do calor. Além disso, a água de refrigeração dos trocadores de calor também é usada para resfriar o óleo hidráulico do sistema do motor.

Como escolher trocadores de calor térmicos

• Combine com os requisitos do processo:

  Identifique os fluidos, suas taxas de fluxo, temperaturas de operação, temperaturas de ebulição/condensação e queda de pressão permitida. Esta é a primeira coisa para garantir o desempenho térmico e a durabilidade do trocador.

• Avalie a eficiência térmica:

  Concentre-se no coeficiente de transferência de calor geral e na área de transferência de calor.

• Considere a queda de pressão:

  Um trocador de calor causará quedas de pressão nos fluidos em fluxo. Maior queda de pressão significa maior potência de bombeamento e menor eficiência do sistema.

• Verifique os fatores de incrustação:

  Um trocador de calor dá transferência de calor entre dois ou mais fluidos. Líquidos e gases podem estar em ambos os lados da fronteira. Alguns fluidos são propensos à incrustação. Por exemplo, a água do mar pode conter matéria biológica que cresce nas superfícies do trocador de calor. Mais matéria biológica cresce, portanto, mais superfícies sobrepostas, o que significa mais difícil de remover. A resistência térmica do filme da incrustação diminuirá a transferência de calor. Pode ser que o custo de manter a incrustação sob controle seja menor do que escolher um trocador de calor diferente.

• Manutenção:

  Limpe o trocador de calor periodicamente para manter a unidade funcionando bem. Escolha um design que seja fácil de desmontar, inspecionar e limpar.

• Considere a compatibilidade do material:

  O ambiente de operação e os fluidos em contato com o trocador também têm materiais do trocador de calor. Use materiais bons para prevenir danos por desgaste, corrosão ou reações químicas.

• Preste atenção à segurança e conformidade:

  Certifique-se de que o trocador de calor atenda às normas e regulamentos relevantes.

Trocador de calor térmico Q&A

P1: Quanto tempo os trocadores de calor térmicos devem durar?

R1: Normalmente, os trocadores de calor térmicos duram até 20 anos, desde que sejam bem mantidos.

P2: Os trocadores de calor térmicos exigem manutenção?

R2: Sim, os trocadores de calor precisam de manutenção regular para manter o desempenho e prolongar a vida útil do equipamento.

P3: Os trocadores de calor térmicos podem ser reparados?

R3: Isso é possível, mas somente após avaliar a extensão do dano. Se o componente estiver usado e danificado além do reparo, é crucial substituí-lo.

P4: Os trocadores de calor térmicos vazam?

R4: Se não forem mantidos regularmente, a ligação do trocador de calor térmico pode desenvolver vazamentos com o tempo. Os pontos de vazamento comuns são ao redor da junta, costuras e juntas. A aplicação de revestimento anticorrosivo e inspeção regular podem ajudar a minimizar os vazamentos.