Trocadores de calor de transferência térmica

Tipos de trocadores de calor de transferência térmica

Um trocador de calor é um equipamento que permite a transferência de calor entre dois ou mais fluidos. As unidades de transferência térmica podem ser classificadas com base em diversos fatores, como a mistura de fluidos, o método de construção, o método operacional, a direção do fluxo e o estado da fase.

• Mistura ou não mistura: Trocadores de calor de mistura são aqueles que permitem que os dois fluidos se misturem, enquanto os trocadores de calor sem mistura são aqueles que não permitem que os fluidos se misturem, mas permitem a transferência de calor entre eles. A caldeira de transferência térmica é um trocador de calor de mistura porque permite que os fluidos se misturem; no entanto, a maioria dos trocadores térmicos são unidades sem mistura, como o modelo de casco e tubo.
• Construção e operação: Trocadores de calor de contrafluxo são trocadores térmicos que permitem que os fluidos fluam em direções opostas. Eles possuem uma entrada para o fluido um, depois um tubo ou canal que permite que o fluido um desça, depois outra entrada para o fluido dois que sobe no canal ou tubo, na direção oposta ao fluido um. Em contraste, os trocadores de fluxo paralelo têm seus fluidos fluindo na mesma direção. Os trocadores de contrafluxo são mais eficientes porque o fluido frio tem a oportunidade de atingir o calor máximo antes de sair do trocador de calor. De acordo com alguns estudos, os trocadores de calor de contrafluxo podem ser 30% mais eficientes do que os trocadores de fluxo paralelo.
• Fase mista: Trocadores de calor de fase mista são trocadores de calor que permitem que fluidos em forma gasosa e líquida passem e troquem calor entre eles. As bobinas de refrigerante são trocadores de calor de fase mista.

Os trocadores de transferência térmica também podem ser classificados como diretos ou indiretos, dependendo se eles permitem o fluxo direto de fluidos entre eles. Trocadores de calor diretos, como o evaporador, permitem fluxo direto de fluido, enquanto trocadores de calor indiretos não permitem fluxo direto de fluido. Trocadores de calor indiretos têm uma barreira entre os dois fluidos.

Especificações e manutenção

• Material: Os trocadores de transferência térmica são feitos de diferentes materiais, incluindo aço inoxidável, cobre, aço carbono, alumínio, titânio, cerâmica e polímero. Cada material possui características distintas em relação à durabilidade, resistência à corrosão, eficiência de transferência de calor e fluidos aplicáveis.
• Estrutura: A estrutura dos trocadores térmicos é frequentemente dividida em três partes: o corpo principal de suporte de força, a parte de conexão e a parte de vedação. A parte de conexão geralmente inclui flanges ou portas rosqueadas, enquanto a parte de vedação emprega juntas ou vedações para garantir que não haja vazamentos entre os fluidos.
• Faixa de temperatura de operação: Os trocadores de calor de transferência térmica possuem faixas de temperatura de operação variáveis ​​com base em seus materiais e projetos. Por exemplo, a faixa de temperatura de operação de trocadores de calor de aço inoxidável pode chegar a 250 °C, tornando-os adequados para aplicações industriais de alta temperatura. Por outro lado, os trocadores de calor de alumínio são frequentemente usados ​​na indústria automotiva para resistir a temperaturas moderadamente altas. Sua faixa de temperatura de operação típica está entre 100 °C e 200 °C.
• Tolerância à pressão: A tolerância à pressão dos trocadores térmicos é fundamental, especialmente em aplicações industriais onde fluidos de alta pressão estão envolvidos. Por exemplo, os trocadores de calor de placas são fabricados para suportar configurações de alta pressão, tornando-os adequados para indústrias como extração de petróleo e gás, processamento químico e geração de energia. Os trocadores de calor soldados a pressão sem vazamentos são outro tipo projetado para aplicações críticas que exigem tolerância à pressão superior e prevenção de vazamentos. Eles são frequentemente usados ​​em usinas nucleares, espaçonaves e outras configurações de alto risco, onde até vazamentos menores podem ter consequências graves.
• Área de superfície: A área de superfície dos trocadores térmicos é um fator crucial que influencia sua capacidade de transferência de calor. Os trocadores térmicos de grau industrial geralmente possuem uma área de superfície maior para atender às altas demandas da produção industrial. Esse aumento na área de superfície é alcançado empregando estruturas de placas, tubos ou aletas para aumentar a área de contato entre os meios de transferência de calor.

Independentemente do tipo de trocador de calor, os procedimentos de limpeza e manutenção discutidos abaixo devem ser sempre realizados para desfrutar de eficiência e longevidade.

• De forma ampla, a limpeza externa pode ser realizada usando um detergente suave e água morna com a ajuda de uma esponja ou pano. Os trocadores de grau industrial nunca devem ser limpos dessa forma, pois os detergentes podem interferir na função de transferência de calor e até danificar os componentes.
• Comece a manutenção do trocador de calor realizando uma inspeção visual e verificando se há corrosão, vazamento ou danos. Abordar quaisquer problemas imediatamente para evitar a quebra do sistema ou acidentes.
• Preste atenção à junta nos trocadores térmicos, pois ela tende a sofrer desgaste com o tempo. Substitua-o periodicamente e, dependendo do tipo de trocador de calor e dos requisitos do sistema, componentes como juntas, vedações e outras peças podem precisar ser substituídos conforme determinado pelo cronograma de serviço do fabricante.
• Para unidades resfriadas a líquido, é importante verificar e repor regularmente o líquido de refrigeração para garantir o desempenho de resfriamento eficaz, bem como inspecionar os ventiladores e sistemas de ventilação, garantindo que estejam limpos e funcionando adequadamente para atingir a dissipação de calor ideal.

Cenários de uso de trocadores de calor de transferência térmica

• Processamento de Alimentos e Bebidas:

  Indústrias como laticínios, cervejarias e processamento de sucos usam trocadores de calor de transferência térmica principalmente para aplicações de pasteurização, refrigeração e esterilização. Ao transferir calor entre os fluidos, os trocadores ajudam a garantir a segurança do produto e preservam a qualidade.

• Sistemas HVAC:

  Os trocadores de calor são incorporados aos sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC) de edifícios comerciais e residenciais. Eles recuperam o calor residual do ar de exaustão ou água para pré-aquecer o ar ou água de entrada. Esse processo melhora a eficiência do sistema, reduzindo o consumo de energia.

• Geração de Energia:

  Os trocadores de calor de transferência térmica são centrais para o funcionamento de diversos tipos de sistemas de geração de energia. Em usinas termoelétricas a carvão ou gás natural, por exemplo, eles recuperam o calor residual dos gases de combustão para pré-aquecer a água de alimentação da caldeira. Isso aumenta a eficiência térmica e reduz a perda de energia. Da mesma forma, em usinas geotérmicas ou de ciclo combinado, os trocadores de calor transferem calor de reservatórios geotérmicos ou turbinas a gás para caldeiras, respectivamente, facilitando a geração de eletricidade.

• Indústria de Petróleo e Gás:

  Os trocadores de calor de transferência térmica desempenham papéis importantes na indústria de petróleo e gás. Por exemplo, eles auxiliam as refinarias na conversão de petróleo bruto em vários produtos de petróleo, por meio do resfriamento e aquecimento. Além disso, em plataformas offshore e plantas de processamento onshore, os trocadores de calor são usados ​​para resfriamento de gás, desidratação e aquecimento de petróleo bruto.

• Fabricação de Plásticos e Polímeros:

  Os trocadores de calor de transferência térmica são vitais para as indústrias de fabricação de plásticos e polímeros. Eles são comumente usados ​​em processos como a polimerização, que sintetiza grandes moléculas conhecidas como polímeros. Além disso, os trocadores de calor auxiliam no resfriamento e solidificação de materiais plásticos recém-produzidos.

• Processamento de Hidrocarbonetos:

  No processamento de hidrocarbonetos, como tratamento e liquefação de gás natural, os trocadores de calor de transferência térmica são cruciais. Eles auxiliam no resfriamento do gás para condensar as impurezas e processar componentes como geradores de vapor de recuperação de calor (HRSGs) e trocadores climáticos.

• Síntese Química:

  Os trocadores de calor são amplamente utilizados em reações de síntese química, particularmente reações exotérmicas e endotérmicas.

• Agricultura:

  O processamento térmico de produtos agrícolas melhora sua vida útil. Algumas aplicações incluem pasteurização de sucos, refrigeração de produtos fermentados e evaporação de concentrados.

• Revestimento Têxtil:

  O revestimento têxtil é principalmente para recuperação de calor e umidade. Os tecidos revestidos são amplamente utilizados na fabricação de equipamentos de proteção individual (EPIs), roupas industriais e câmaras hiperbáricas.

• Ar Condicionado:

  Um sistema de ar condicionado transfere calor para controlar a temperatura e a umidade internas. Ele geralmente consiste em um compressor, bobinas de refrigerante, ventiladores e um trocador de calor. O trocador de calor ajuda a liberar ou absorver calor do ar circundante, permitindo que o sistema resfrie ou aqueça o espaço interno.

Como escolher trocadores de calor de transferência térmica

Ao escolher trocadores térmicos, alguns fatores representativos principais dos compradores de trocadores de calor térmico a serem considerados incluem o desempenho, a aplicação, a flexibilidade, a capacidade, a manutenção, a segurança e os recursos de conformidade com o código do trocador de calor.

• Desempenho

  Tanto a eficiência de transferência térmica quanto a queda de pressão do trocador de calor devem ser altas para melhorar a eficiência de utilização de energia do sistema. Ao mesmo tempo, o dispositivo trocador de calor deve ser capaz de suportar a pressão de trabalho do sistema para não causar perigos inesperados.

• Aplicação

  O tipo de indústria em que os trocadores de calor são aplicados varia, por exemplo, petroquímica, geração de energia, farmacêutica, etc. O trocador térmico deve ser selecionado de acordo com a indústria de aplicação específica.

• Flexibilidade

  Tanto os trocadores de calor de placas quanto os trocadores de calor de casco e tubo podem ser facilmente expandidos e contraídos para atender às necessidades cambiantes do negócio, o que por sua vez também reduz os custos para os compradores de negócios.

• Capacidade

  A eficiência do trocador térmico pode ser medida pela quantidade de calor que ele transfere em um determinado período de tempo, o que pode ser avaliado pelo coeficiente global de transferência de calor.
  Os compradores de negócios precisam avaliar a capacidade de operação do trocador de calor de acordo com as necessidades de operação de seu próprio sistema. Se a capacidade do trocador de calor for muito pequena, a eficiência geral do sistema diminuirá.

• Manutenção

  Alguns tipos de dispositivos de trocador de calor exigem manutenção frequente, enquanto outros não, o que é principalmente determinado pela qualidade e design do dispositivo de trocador de calor. Para evitar custos imprevistos exorbitantes na manutenção subsequente, os compradores de negócios precisam estar cientes disso ao decidir sobre um trocador de calor apropriado.

• Segurança

  O dispositivo de trocador de calor precisa ter vários tipos de recursos de segurança, por exemplo, alarmes de sobretemperatura e sobrepressão, etc. Esses recursos de segurança podem ajudar a evitar potenciais riscos de segurança no dispositivo de trocador de calor e garantir a segurança da produção comercial.

• Conformidade com o código

  O dispositivo de trocador de calor precisa estar em conformidade com os padrões e códigos industriais relevantes para garantir a conformidade com os requisitos legais dos compradores de negócios, o que por sua vez também garante a qualidade e a segurança do dispositivo de trocador de calor.

Perguntas e respostas

P1: Quais são as tendências no mercado de trocadores térmicos?

A1: O mercado provavelmente crescerá devido à demanda industrial. Mais indústrias estão procurando trocadores de calor compactos que economizem espaço e energia. A tecnologia inteligente também é uma grande tendência. Trocadores de calor com sensores e controles para melhor eficiência estão se tornando populares. Trocadores de calor ecologicamente corretos que reduzem a pegada de carbono estão em alta. A demanda por custos de manutenção acessíveis está impulsionando as indústrias a escolher trocadores de calor duráveis. Mais trocadores estão sendo projetados para a indústria de energia renovável. Isso inclui solar e geotérmica. A pesquisa está focada em melhorar o desempenho dos trocadores de calor. Isso se aplica principalmente aos trocadores de calor de transferência térmica. O mercado mostra designs compactos, inteligentes, duráveis ​​e ecologicamente corretos.

P2: Os trocadores térmicos aquecem e resfriam ao mesmo tempo?

A2: Sim, alguns trocadores térmicos podem aquecer e resfriar ao mesmo tempo. Eles são chamados de unidades de transferência de calor combinadas. Eles realizam aquecimento e resfriamento em uma única unidade. Eles podem substituir aquecedores e refrigeradores separados. Isso reduzirá os custos e aumentará a eficiência.

P3: Qual é o método de limpeza de um trocador de calor térmico?

A3: O trocador de calor de transferência térmica pode ser limpo usando o método químico, o método mecânico ou a combinação de ambos os métodos. No método químico, solventes ou ácidos são usados ​​para limpar os trocadores. Os solventes fluem pelo dispositivo para remover sujeira e incrustações. A maneira mecânica é usar escovas ou hastes para raspar a sujeira. O uso de escovas permite uma limpeza mais completa. No método combinado, produtos químicos e ferramentas trabalham juntos para uma melhor limpeza.