Trocador de calor convetivo

Tipos de trocadores de calor convectivos

Alguns fabricantes usam principalmente os termos "placa" e "tubo" para descrever as variedades de **trocadores de calor convectivos**.

• Trocadores de calor de placas: Este equipamento transporta fluidos através de várias placas. A grande área de transferência de calor fornecida pelas placas os torna mais eficientes do que os trocadores de calor tubulares tradicionais. Em comparação com os trocadores de calor de casco e tubo, as unidades compostas são compactas e leves. Além da vantagem de tamanho, os trocadores de calor também têm custos mais baixos e facilitam a desmontagem e a limpeza dos dispositivos.
• Trocadores de calor tubulares: Por vezes referidos como trocadores de calor tubulares, os trocadores de calor tubulares funcionam passando fluidos corporais através de tubos. Existem três tipos básicos de trocadores de calor tubulares: de tubo duplo, de múltiplos tubos e trocadores de calor arrefecidos a ar. São menos eficientes do que os trocadores de calor de placas, pelo que são principalmente utilizados nas indústrias de petróleo e água.

Outras formas de classificar os dispositivos de troca de calor são baseadas nos seus padrões de fluxo e nos tipos de fluidos que manipulam.

• Classificação por padrão de fluxo: Os dispositivos são classificados em trocadores de calor de fluxo paralelo, de fluxo contrário e de fluxo cruzado. Nos trocadores de calor de fluxo paralelo, os dois fluidos movem-se na mesma direção. Os trocadores de calor de fluxo contrário têm fluidos que se movem em direções opostas. Os trocadores de calor de fluxo contrário são mais eficazes do que os paralelos. Estes últimos podem ter resistência à transferência de calor. Os trocadores de calor de fluxo cruzado têm fluidos que se movem perpendicularmente um ao outro.
• Classificação pelo tipo de fluido: Isto inclui trocadores de calor ar-ar, ar-fluido, fluido-fluido e fluido-sólido. Os dispositivos ar-ar são principalmente utilizados em aeronaves. As variantes fluido-fluido e fluido-sólido transferem calor entre dois ou mais líquidos e entre líquido e sólido, respetivamente. O primeiro é amplamente utilizado na petroquímica, no processamento de alimentos e na geração de energia.

Especificação e manutenção de trocadores de calor convectivos

• Materiais

  Materiais comuns para peças de trocadores de calor incluem:

  • Casco: Normalmente feito de aço carbono, aço inoxidável ou aço de baixa liga, o casco serve para conter o meio que está a ser aquecido ou arrefecido e fornece o suporte estrutural de todo o dispositivo de troca de calor. A seleção do material do casco considera fatores como a temperatura, a pressão e a natureza do fluido.
  • Tubos: Os tubos de troca de calor são os componentes principais dos trocadores de calor, que frequentemente utilizam cobre, aço inoxidável ou aço carbono. O cobre tem uma elevada condutividade térmica, o que promove uma transferência de calor eficiente, enquanto o aço inoxidável possui uma forte resistência à corrosão.
  • Aletas: Os tubos com aletas aumentam as áreas superficiais dos trocadores de calor e melhoram a eficiência da transferência de calor. As aletas são normalmente feitas de alumínio ou cobre. O alumínio é leve e tem uma boa condutividade térmica, o que é adequado para a fabricação de aletas de trocadores de calor.
  • Vedantes: Os vedantes nos trocadores de calor ajudam a evitar fugas de fluidos, garantindo que o sistema funciona de forma eficiente. Os vedantes são tipicamente feitos de elastómeros, como borracha nitrílica butadieno (NBR) ou borracha fluorocarbonada. O NBR apresenta boa elasticidade e resistência ao envelhecimento, o que o torna adequado para aplicações de vedação de trocadores de calor.

• Dicas de manutenção

  Os trocadores de calor necessitam de manutenção e inspeção regulares para garantir o seu desempenho eficiente e o seu funcionamento contínuo. Aqui ficam algumas dicas de cuidados para trocadores de calor:

  • Limpeza regular: Os trocadores de calor estão sujeitos a incrustações de depósitos, incrustações, algas e microrganismos. A lavagem regular pode garantir que o trocador de calor mantém uma transferência de calor eficaz.
  • Inspecionar fugas: Verificar periodicamente se existem fugas nos componentes de vedação do trocador de calor para evitar a mistura de dois meios e garantir a segurança e a fiabilidade do sistema.
  • Prestar atenção às condições de trabalho: O trocador de calor deve ser operado nas gamas de temperatura e pressão adequadas. A sobretemperatura e a sobrepressão podem levar à deformação, à rotura ou a outros danos nos trocadores de calor.
  • Substituir componentes: Se os componentes do trocador de calor estiverem danificados, devem ser reparados ou substituídos a tempo para garantir o bom funcionamento e a fiabilidade do equipamento.
  • Manter a lubrificação: Se uma parte móvel de um trocador de calor, como um ventilador, precisar de ser lubrificada regularmente para garantir que funciona de forma suave e fiável.
  • Realizar uma inspeção geral periodicamente: Realizar um exame abrangente do trocador de calor periodicamente, por exemplo, através de métodos de ensaio não destrutivos, para examinar o estado de cada componente, etc., e encontrar potenciais problemas para os reparar a tempo.

Cenários de trocadores de calor convectivos

Os trocadores de calor convectivos são amplamente utilizados em muitas indústrias devido às suas capacidades de transferência de calor eficientes. Aqui ficam alguns cenários típicos de utilização:

• Mecânica

  Os trocadores de calor convectivos podem ser utilizados para arrefecer ou aquecer o fluido de trabalho numa indústria de maquinaria. Por exemplo, numa fábrica de processamento de metais, é produzido muito calor quando se maquina metal, o que pode afetar negativamente a qualidade do produto. A utilização de um trocador de calor de refrigeração pode transferir o calor para o ambiente ou para a água de refrigeração para reduzir a temperatura.

• Geração de energia

  Os trocadores de calor de recuperação de calor, como a caldeira de calor residual, são frequentemente utilizados na geração de energia industrial. Recuperam o calor dos gases de combustão de alta temperatura ou do calor residual no processo e convertem-no em vapor para acionar um gerador de turbina para eletricidade. Isto pode melhorar a eficiência global de utilização de energia da indústria.

• Indústria química

  Nos processos de produção química, são frequentemente necessários tanto a refrigeração como o aquecimento. Por exemplo, os trocadores de calor de refrigeração podem ser utilizados para remover o calor gerado por reações exotérmicas para manter a temperatura estável. Os trocadores de calor de aquecimento podem ser utilizados para fornecer calor para reações endotérmicas ou para evaporar solventes.

• Processamento de alimentos

  Os processos de refrigeração e aquecimento são frequentemente necessários no processamento de alimentos. Por exemplo, os trocadores de calor frios podem ser utilizados para arrefecer rapidamente os alimentos para prolongar a vida útil e garantir a segurança alimentar. Os trocadores de calor podem ser utilizados para a pasteurização ou esterilização para garantir a segurança alimentar e a higiene.

• HVAC

  Na indústria HVAC (aquecimento, ventilação e ar condicionado), os trocadores de calor por convecção são frequentemente utilizados para a recuperação de calor. Por exemplo, num sistema central de ar condicionado, um trocador de calor pode ser utilizado para recuperar calor do ar de exaustão para pré-aquecer o ar fresco, reduzindo assim o consumo de energia e melhorando o conforto interior.

• Aeroespacial

  Em aplicações aeroespaciais, como naves espaciais ou aeronaves de alta altitude, os trocadores de calor convectivos compactos transferem o calor gerado por dispositivos eletrónicos ou pela própria nave espacial/aeronave para o espaço ambiente ou para o fluido de refrigeração, o que desempenha um papel fundamental na gestão térmica e na segurança do veículo.

Como escolher um trocador de calor convectivo

Ao selecionar um **trocador de calor convectivo**, existem muitos fatores a considerar. A seguinte lista resume os fatores mais importantes que não devem ser ignorados ao comprar trocadores de calor.

• Aplicação:

  Os trocadores de calor funcionam de forma diferente. Os materiais utilizados, a construção e o design contribuem todos para o desempenho que podem ter no seu trabalho específico. Por exemplo, alguns trocadores de calor são mais adequados para aplicações gasosas, enquanto outros se destacam em situações de líquido-líquido ou gás-líquido. É imperativo escolher o tipo certo de trocador de calor para a aplicação em questão se se pretende que funcione de forma ótima e eficiente.

• Queda de pressão:

  Uma queda de pressão ocorre quando um trocador de calor oferece resistência ao fluxo de fluidos, reduzindo a taxa de troca entre dois fluidos. Embora uma certa queda de pressão seja necessária para que um trocador de calor funcione bem, uma queda de pressão excessiva pode tornar um sistema ineficiente ao utilizar mais energia. A bomba ou o ventilador do sistema terão de trabalhar mais e usar mais energia para superar a maior resistência. Este aumento da carga de trabalho leva a um aumento do consumo de energia.

• Área de transferência de calor:

  A quantidade de área superficial necessária para a transferência de calor num trocador de calor é representada por esta. A quantidade de calor que pode ser transferido de um fluido para outro depende desta área superficial. Para garantir uma transferência de calor eficaz entre os fluidos, é necessária uma superfície de transferência de calor com dimensões adequadas. Os sistemas podem ser sobredimensionados ou subespecificados em termos de áreas superficiais, afetando a eficiência.

• Durabilidade:

  Uma vez que os trocadores de calor desempenham um papel crucial no desempenho do sistema, a sua longevidade é fundamental. Ao selecionar um trocador de calor, escolha um que seja especificamente feito para suportar as definições da aplicação. As definições de funcionamento agressivas podem incluir a exposição a substâncias altamente corrosivas ou temperaturas e pressões extremamente elevadas. Para essas condições, ligas ou revestimentos especiais podem melhorar a resistência ao desgaste de quaisquer partículas sólidas suspensas nos fluidos que fluem através do trocador de calor.

• Eficiência energética:

  O design e o funcionamento dos trocadores de calor devem ser energeticamente eficientes para reduzir as emissões de gases de efeito estufa. Isto implica a escolha de dispositivos que são construídos com materiais ecologicamente corretos e têm baixas necessidades energéticas. O isolamento térmico melhorado também pode ajudar a reduzir o consumo de energia ao minimizar as perdas de calor.

Q & A

Q1: Qual a diferença entre um trocador de calor de placas e um trocador de calor soldado?

A1: Num trocador de calor colado, as placas são soldadas umas às outras. Isto proporciona um desempenho térmico melhorado em comparação com os trocadores de calor convencionais, mas não permite a substituição ou a limpeza das placas.

Q2: Para que servem os trocadores de calor numa indústria?

A2: As indústrias de processamento químico e as centrais elétricas utilizam técnicas de troca de calor para poupar energia, reduzir os custos operacionais e controlar as emissões. Os trocadores de calor convectivos são frequentemente utilizados nestas aplicações.

Q3: Quais são os dois tipos principais de trocadores de calor?

A3: As duas categorias principais de trocadores de calor são os trocadores de calor diretos e indiretos. Os trocadores de calor indiretos incluem um trocador de calor de placas, tubular e de tubo com aletas.

Q4: Quais os materiais utilizados para os trocadores de calor?

A4: Vários materiais constituem os trocadores de calor, como cobre, titânio, níquel, alumínio e carbono.