Trocadores de calor de tubos

Tipos de trocadores de calor tubulares

Os principais tipos de **trocadores de calor tubulares** são os seguintes:

• Trocadores de calor de tubo duplo

  O projeto do trocador de calor tubular é muito simples. É muitas vezes a primeira configuração ensinada em cursos de termodinâmica e transferência de calor. Os trocadores de calor de tubo duplo consistem num tubo maior que transporta fluido frio dentro de um tubo menor que transporta fluido quente ou isolante. Isso funciona porque os dois fluidos precisam estar adjacentes um ao outro para transferir calor entre si. O calor do fluido quente flui através de suas paredes e para o fluido frio. A transferência de calor em trocadores de tubo duplo pode ser em fluxo paralelo, contrafluxo ou fluxo cruzado. Os trocadores de calor de tubo duplo em contrafluxo são geralmente mais eficientes do que os modelos em fluxo paralelo e fluxo cruzado. Outras combinações de fluidos também podem ser usadas para que os trocadores de calor de tubo duplo funcionem. Um exemplo disso seria ter um dos tubos como um tubo laminar usado para condensado externo.

• Trocadores de calor espirais

  O trocador de calor espiral consiste em dois canais espirais colocados um em cima do outro. O fluido quente e o fluido frio fluem em direções opostas nos dois canais. Ao ter a mesma curvatura, as duas espirais se envolvem uma na outra e podem formar uma seção comum com uma grande superfície onde a transferência de calor ocorre.

• Trocadores de calor de placas

  Um trocador de calor de placas consiste em um grande número de placas. Essas placas são geralmente de aço inoxidável e quase sempre onduladas para aumentar sua área de superfície. As placas são ajustadas e formam canais entre elas. Esses canais são onde dois fluidos fluem nos lados opostos de cada placa. O calor será então transferido de um fluido para o outro através da placa que os separa.

• Trocadores de calor de tubo com aletas

  Um trocador de calor tubular com um feixe de tubos. Os feixes de tubos geralmente têm um formato de cantos arredondados ou oval. O meio aquecido passa pelo interior dos tubos, enquanto o meio de refrigeração passa pela parte externa dos tubos. Os trocadores de calor gás-líquido para a indústria de petróleo e gás geralmente usam esse projeto.

Especificações e manutenção de trocadores de calor tubulares

Especificações

As especificações de um trocador de calor tubular podem variar dependendo do tipo, modelo, fabricante e aplicação. Algumas especificações principais incluem o material usado, pressão, temperatura e tamanho.

Materiais

• Aço Carbono: O aço carbono é um material comum usado em trocadores de calor tubulares. Normalmente, é usado para fazer a carcaça dos trocadores de calor e algumas partes que não entram em contato. O aço carbono tem boa resistência e durabilidade, mas pode ser suscetível à corrosão; portanto, é aplicável apenas a meios que não exigem propriedades anticorrosivas.
• Aço Inoxidável: O aço inoxidável é um material típico para feixes de tubos em trocadores de calor tubulares. Devido às suas excelentes propriedades anticorrosivas, durabilidade e higiene, é especialmente adequado para troca de calor nas indústrias alimentícia, farmacêutica e química. O aço inoxidável pode manter o desempenho e os padrões em ambientes críticos.
• Outras Ligas: Os trocadores de calor tubulares podem usar outras ligas em alguns ambientes específicos ou extremos. Por exemplo, ligas de cobre-níquel possuem excelente resistência à corrosão e condutividade térmica, tornando-as adequadas para ambientes marinhos ou outros ambientes agressivos.

Pressão e temperatura

Os trocadores de calor tubulares têm faixas de pressão e temperatura especificadas. Operar o trocador fora desses limites pode causar danos ou reduzir a eficiência da transferência de calor.

O tamanho do trocador de calor tubular também pode variar dependendo do tipo. Normalmente, os trocadores de calor tubulares têm um grande diâmetro de carcaça e comprimentos variados de feixes de tubos.

Manutenção

A manutenção regular dos equipamentos de trocador de calor tubular ajuda a garantir a operação adequada, a eficiência ideal de transferência de calor e a prolongar a vida útil. Aqui estão algumas dicas de manutenção:

• Limpeza regular: Limpe a superfície externa do trocador de calor tubular regularmente para evitar o acúmulo de poeira e sujeira. Use uma escova macia ou um pano e uma solução de limpeza não corrosiva para limpar suavemente as superfícies. Tente evitar o uso de objetos pontiagudos que possam arranhar a superfície.
• Verificação de vazamentos: Verifique regularmente se há vazamentos no trocador de calor tubular. Inspecione as conexões, juntas e superfícies de vedação para verificar se há sinais de vazamento de líquido ou fluido que escorre. Se forem encontrados vazamentos, trate-os imediatamente para evitar perda de fluido e contaminação.
• Verifique o isolamento: Os materiais de isolamento podem ser verificados com frequência para evitar perda de calor. Certifique-se de que os materiais de isolamento permaneçam intactos e substitua-os imediatamente se estiverem danificados, desgastados ou apodrecidos.
• Verifique os fixadores: Inspecione periodicamente os fixadores do trocador de calor tubular para garantir sua confiabilidade e firmeza. Verifique se há fixadores soltos ou faltantes e faça os ajustes ou substituições necessários.
• Mantenha a circulação de ar: Garanta a circulação de ar adequada ao redor do trocador de calor tubular para evitar superaquecimento ou riscos de incêndio. Mantenha uma distância segura e evite aglomerações nas proximidades.

Cenários de aplicação para trocadores de calor tubulares

Os trocadores de calor tubulares são comumente usados na indústria química em vários cenários de aplicação.

• Processamento Químico

  Tipicamente, as reações químicas seguem várias etapas. Como resultado, os trocadores de calor tubulares são usados na indústria para aquecer ou resfriar os reagentes antes de entrarem nos vasos de reação. Eles também desempenham o papel de manter a temperatura constante enquanto facilitam as reações químicas. Além disso, os trocadores de calor recuperam o calor dos processos químicos e reintegram o calor no sistema para melhorar a eficiência energética.

• Destilação de Petróleo Bruto

  A indústria química geralmente adota a destilação de petróleo bruto para separar o petróleo bruto em vários produtos. Durante a destilação de petróleo bruto, os trocadores de calor tubulares são colocados em camadas em uma torre de destilação. Eles ajudam na transferência de calor entre os diferentes produtos do petróleo e o petróleo bruto. Isso permite subsequentemente a destilação e separação do petróleo bruto.

• Evaporação e Condensação

  Na indústria química, a evaporação e a condensação são processos chave. Os trocadores de calor tubulares servem como evaporadores ou condensadores, transferindo calor para facilitar a evaporação de líquidos e a condensação de vapor. Isso permite a separação, concentração e transformação de substâncias químicas.

• Geração de Vapor

  Geralmente, o vapor é um importante veículo de energia na indústria química. Os trocadores de calor transferem calor para a água para gerar vapor, que é usado para aquecimento, facilitação de reações, etc. Alternativamente, eles podem recuperar calor do vapor e convertê-lo em outras formas de energia.

• Sistemas de Água de Refrigeração

  Em alguns processos químicos, a manutenção da temperatura constante é essencial. Os trocadores de calor tubulares são geralmente aplicados a sistemas de água de refrigeração, onde transferem calor dos equipamentos químicos para a água de refrigeração, de forma a evitar o superaquecimento dos equipamentos.

• Recuperação de Calor

  A recuperação de calor é um procedimento comum na indústria química que visa melhorar a eficiência energética e reduzir o consumo de energia. Os trocadores de calor tubulares são usados para recuperar o calor gerado por um processo químico e transferi-lo para outro processo ou pré-aquecer outros equipamentos. Isso reduz a necessidade da indústria por fontes de energia externas.

Como escolher trocadores de calor tubulares

Ao selecionar a tubulação do trocador de calor, os seguintes fatores devem ser considerados.

• Aplicabilidade do material

  As propriedades mecânicas e térmicas também são importantes; além disso, o meio de trabalho e a temperatura do trocador de calor são igualmente importantes. A vedação e o suporte do rolamento também precisam ser considerados. Para garantir que o desempenho do trocador de calor tubular seja aplicável, esses fatores devem ser analisados e estudados.

• Instalação, operação e manutenção

  Deve ser fácil de instalar, operar e manter, além de ser aplicável. Os trocadores de calor de tubulação usados em cidades, por exemplo, precisam ser ajustados adequadamente à construção modular para facilitar a montagem rápida no local. No caso de oxigênio no inverno, trocadores com água glicolada como meio podem ser usados. Também deve ser cuidadosamente estudado se a manutenção conveniente e rápida pode ser obtida para reduzir as despesas operacionais do equipamento e melhorar a eficiência operacional de longo prazo do equipamento.

• Troca equivalente

  Pense na possibilidade de troca equivalente. No caso de um trocador ser danificado ou precisar ser reparado, será possível trocar o mesmo tipo de trocador de calor tubular? A resposta é sim se houver indústrias padronizadas; neste caso, é possível realizar trocas equivalentes.

• Vida útil

  Alguns trocadores de calor tubulares podem ter uma vida útil curta, pois podem ser superados pela corrosão, erosão, incrustação ou outros fatores, o que pode aumentar as despesas operacionais do equipamento. Por exemplo, alguns trocadores de calor de casco e tubo com placas de tubos, caixas d'água e outros componentes feitos de ferro fundido têm uma vida útil muito mais curta do que aqueles feitos de outros materiais. Portanto, ao selecionar trocadores de calor tubulares, é importante estudar a vida útil de diferentes modelos e práticas para selecionar aqueles com vidas úteis mais longas e custos mais baixos.

• Padronização e modularização

  A padronização e a modularização também são necessárias para conveniência e desenvolvimento rápido. A padronização é benéfica para a popularização, e a modularização é vantajosa para montar rapidamente e manter eficientemente. Muitos fabricantes, por exemplo, oferecem prontamente os componentes do trocador de calor tubular, facilitando a manutenção e o reparo.

Trocadores de calor tubulares P&R

P: Como funciona um trocador de calor tubular?

R: Os trocadores de tubo funcionam passando dois fluidos a temperaturas diferentes em paralelo ou contrafluxo através dos tubos. Conforme os fluidos fluem, eles trocam calor. O material e o design do tubo facilitam a transferência de calor até que os fluidos atinjam as temperaturas desejadas.

P: Quais são os benefícios dos trocadores de calor tubulares?

R: Os trocadores de tubo são compactos. Eles também têm alta eficiência de transferência de calor. O calor é trocado rapidamente porque os fluidos têm grandes áreas de superfície adjacentes uma à outra. Os trocadores de tubo também são versáteis porque podem ser usados para alcançar diferentes processos em várias indústrias. Os trocadores de calor tubulares também são fáceis de manter. A manutenção do trocador é importante porque garante o desempenho eficiente dos sistemas.

P: Quais são as limitações dos trocadores de calor tubulares?

R: A principal limitação dos trocadores de calor tubulares é que eles não são adequados para manusear fluidos de alta pressão. Alguns projetos de tubos podem lidar com altas pressões de fluido, mas os trocadores de calor de tubulação para casco são preferíveis para sistemas com altas pressões de fluido. Além disso, os trocadores de calor de tubo podem ser entupidos pela incrustação ao longo do tempo. A manutenção regular é necessária para remover quaisquer depósitos que possam bloquear a transferência de calor.