TROCADORES DE CALOR
Trocador ou permutador de calor é um
equipamento utilizado para aquecer,
resfriar, vaporizar ou condensar fluídos de
acordo com as necessidades do
processo, utilizando-se uma parede
normalmente metálica para separação
dos fluídos, em alguns casos essa parede
pode ser de materiais não metálicos,
como por exemplo, trocadores de calor
com tubos de grafite utilizados nas
unidades de ácido fosfórico.
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• Quanto a Passagem de Fluídos
• Em Corrente Paralela
• São os tipos de trocadores nos quais os
fluídos fazem a troca térmica percorrendo
o trocador no mesmo sentido.
• A temperatura de saída do fluído quente
T2 não poderá ser mais baixa que a
temperatura de saída do fluído frio t2,
pois, quando as temperaturas dos fluídos
se igualarem, cessa a transferência de
calor.
Corrente Paralela
• O trocador com passagem em corrente paralela é usado quando se deseja uma transferência de calor muito grande no início, com rápido resfriamento.
• Exemplo:
• Na pasteurização, o leite deve ser submetido logo no início a uma temperatura de 80° para eliminar bactérias, e deve ser resfriado rapidamente para não alterar suas propriedades e paladar.
PASSAGEM DE FLUÍDOS
EM CORRENTE PARALELA
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Corrente Contra-corrente
São os tipos de trocadores nos quais os fluídos percorrem o trocador em sentido contrário.
• A temperatura de saída do fluído quente T2 poderá ser mais baixa que a temperatura de saída do fluído trio t2, porém, nunca menor que t1.
PASSAGEM DE FLUÍDOS
EM CONTRA-CORRENTE
Trocador de calor multitubular
Um trocador de calor multitubular, consta de um feixe
de tubos presos por suas extremidades à duas
placas, chamadas espelhos.
Trocadores de calor de casco
e tubos
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Chicanas
• Para evitar que haja flexão dos tubos e também para prover um maior tempo de residência do fluído do casco e uma maior turbulência, coloca-se no feixe, de espaço em espaço placas de metal chamadas chicanas, observe-se que estas chicanas podem ser de três tipos diferentes, a saber: • Chicanas de orifícios anulares;
• Chicanas do tipo disco e anel; Chicanas segmentadas.
Trocador de Calor tipo Serpentina
• Este tipo de trocador de calor é muito específico na indústria, e apresenta uma série de configurações, dependendo do tipo de aplicação e do tipo do equipamento. De uma maneira geral, a configuração é helicoidal ou espiral, muito utilizado em torres de absorção, vasos circulares com agitadores mecânicos, tanques de armazenagem de óleo combustível, tanques de soluções salinas para evitar cristalização, em tanques de fusão (enxofre, por exemplo), etc.
Trocador de calor tipo serpentina
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1. tampa do flutuante; 2. jogo de parafusos; 3. junta; 4. chicana.TROCADOR DE CALOR
DE FEIXE PARALELO
Tipo placa
Os trocadores tipo placa são disponíveis em diversas formas diferentes: espiral; placa; placa e aleta soldada; placa aletada e tubo.
Dos quatro modelos acima, destacaremos o trocador de calor tipo placa e quadro consiste de vários módulos semelhantes à montagem de
um filtro prensa. A vantagem é a pequena perda de carga, o número de placas pode ser aumentado ou diminuído conforme a necessidade, boa
Arranjo Físico
Trocador de calor duplo tubo
•
O tipo mais simples de trocador de calor, consta de
um tubo, posicionado concentricamente a outro tubo
que forma a carcaça (double-pipe).
Trocadores de calor tubulares ou
duplo tubo
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Quanto à Aplicação no Processo
• Aquecedores ou preaquecedores (Heater):
• Neste tipo de permutador cede-se calor sensível a um líquido por meio de vapor d'água ou outro meio qualquer (em sentido geral, algumas fornalhas podem estar incluídas neste tipo).
• Resfriadores (Cooler):
• Nesta classe estão incluídos os permutadores em que o fluido quente é resfriado por água. A maior parte do calor é transferida como calor sensível.
• Resfriadores de líquidos
• São permutadores usados com objetivo de resfriamento de produtos que vão para tanques de armazenamento. De um modo geral, se o produto é não volátil a escolha da temperatura de saída é definida, principalmente por razões de segurança. No caso de produtos voláteis a temperatura de saída do produto depende de análise econômica baseada nas perdas por evaporação.
• Resfriadores de gases
• São normalmente encontrados nos compressores tanto como "aftercooler" após compressão ou como "intercooler" intercalado entre estágios de compressão. Normalmente utiliza-se água de refrigeração, são construídos em tubos aletados e com freqüência há condensação de vapores.
Refervedores (Reboilers):
São equipamentos que operam em conjunto com torres de destilação, vaporizando parte do produto do fundo. O meio de aquecimento pode ser
O sistema é aquecedor quando aquece o fluido do processo com o auxílio do vapor ou outro meio qualquer.
Exemplo: aquecedor para regeneração de soda, cuja
representação esquemática é mostrada abaixo.
O sistema é refervedor (“reboiler”) quando vaporiza um líquido por
meio de vapor ou outro fluido quente.
O refervedor é utilizado para fornecer calor às torres de destilação, vaporizando parte do produto do fundo.
Veja representação esquemática a seguir.
O sistema é gerador de vapor quando gera vapor, aproveitando calor de um líquido quente proveniente do processo.
No resfriamento os fluidos do processo são resfriados usando água ou outros fluidos.
A diminuição de temperatura dos líquidos a serem armazenados evita as perdas por evaporação dos produtos leves.
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Condensadores (Condenser)
São usados para recuperação de vapores de colunas de destilação ou de evaporadores. Normalmente o fluido refrigerante é água. São usados também para condensar o vapor exausto de turbinas, e ao mesmo tempo reduzindo a pressão de descarga dos mesmos. São chamados de condensadores de superfície quando a troca de calor entre
os dois fluidos é feita através de uma superfície metálica e sob vácuo..
• Feixe de Tubos
• Existem três tipos fundamentais de tubos: • Lisos;
• Aletados • Em U
• Podendo estes três tipos com costura e sem costura.
TUBOS LISOS
São os mais comumente encontrados na indústria
• Aletas Longitudinais – Tubos aletados
•
O emprego de tubos com superfícies ampliadas é importante em casos onde o fluxo térmico é limitado pela natureza dos fluídos que trocam calor entre si, conjugada as condições de operação (queda de pressão, sujeira, etc.) e fatores que dependem da economia do processo. A superfície dos tubos é ampliada pelos mais diferentes modos possíveis, e a seleção do tipo de superfície ampliada mais adequada a um problema vai depender da análise completa das características do problema envolvendo fatores tais como, espaço, limpeza, manutenção, corrosão, custo.
• Aletas
Transversal
–Tubos
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1. casco; 2. tampa boleada; 3. tampa do carretel; 4. carretel; 5. feixe; 6. junta.TROCADOR DE CALOR DE FEIXE EM “U”
– Tubos em U
• É freqüente seu uso quando há grandes gradientes de temperatura entre os fluídos. Freqüentemente os tubos em U são obtidos por dobramento de tubos lisos.
• Um problema do projeto de permutadores com tubos em U é a determinação do comprimento efetivo dos tubos para o cálculo da área de troca de calor.
Arranjo de tubos no espelho
• Passo triangular: Usado
geralmente quando o fluido do casco é limpo ou se as incrustações podem ser removidas por tratamento
químico. Dá melhores coeficientes de troca de calor que o arranjo quadrado, mas maior perda de pressão. Uso em espelhos fixos. • Passo Quadrado : É
praticamente o único tipo usado em refinarias, pois é de fácil limpeza mecânica externa. Conduz a coeficientes de transferência menores que o passo triangular. Evidentemente o arranjo alternado dá melhor coeficiente que o arranjo em linha
Trocador de calor Bitubular
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Fluido que passa nos tubos
Fluído mais sujo:• . É mais fácil remover a sujeira dos tubos do que a do casco. • Fluído mais corrosivo:
• É mais fácil substituir tubos furados do que cascos. • Fluído com mais pressão:
• Porque o casco tem menor resistência, por ser maior o seu diâmetro.
• Fluído menos viscoso:
• A menos que a perda de carga deva ser muito baixa. • Água de refrigeração:
• Por facilidade de limpeza.
• Fluído de menor vazão volumétrica • Em vista de o casco oferecer maior espaço,
• Os vapores condensáveis são geralmente colocados no casco.
CALOR SENSÍVEL
Quando o calor é utilizado pela
substância apenas para variar
sua temperatura, sem troca de
estado físico.
(SEM MUDANÇA DE FASE)
CALOR LATENTE
Quando o calor trocado é utilizado pela
substância para mudar de estado físico, sob
pressão constante, ele é chamado de calor
latente. Não há variação de temperatura.
A quantidade de calor que precisa ser
transferida por quantidade de massa para
que a substância mude de fase é quantificada
pela constante chamada de calor latente de
transformação.
(COM MUDANÇA DE FASE)
Formas de transferência
(propagação) de calor
Condução: ocorre de sólido para sólido
do mais quente para o mais frio
Convecção: ocorre do sólido para um fluido (líquido ou gás) em movimento
Radiação: é um fenômeno de superfície (o brilho é importante)
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CONDUÇÃO
Fonte:
www.terra.com.br/fisicanet
Transferência de energia de partículas mais energéticas para partículas menos energéticas. Necessita obrigatoriamente de meio material para se propagar.
Característico dos sólidos.
Exemplo: Copo que se aqueçe com leite quente. Faca aquecida ao fogo.
CONVECÇÃO
O transporte de energia térmica por convecção caracteriza-se pelo movimento de partículas mais energéticas por entre partículas menos energéticas.
É o transporte de calor típico dos
meios fluidos (entre o alumínio da panela e a água e entre o alumínio e o ar).
RADIAÇÃO
A radiação térmica é a energia emitida por toda a
matéria que se encontra a uma temperatura acima
de 0 K.
Não necessita de meio físico para ser transmitida
pois a energia emitida é transportada via ondas
eletromagnéticas. Portanto, transporta-se energia
calorífica pelo vácuo.
Qual a forma de calor do sol para a Terra ?
SOMENTE radiação por que ela é a única que se
propaga no vácuo.
OPERAÇÃO COM
TROCADORES
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• TESTE HIDROSTÁTICO
• O teste hidrostático têm por objetivo verificar a existência de vazamentos em qualquer ponto do trocador, notadamente nos espelhos do feixe tubular e tampas. além de localizar algum tubo furado.
• O trocador é cheio com água limpa à temperatura ambiente e pressurizado até a pressão recomendada. Normalmente esta pressão é dada pela expressão:
Pressão(teste) = 1,5 Pressão(PMTA)
• Em trocadores que trabalham com temperaturas elevadas, a pressão de teste é corrigida em função da temperatura.
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Torre de resfriamento
É um equipamento que usa os princípios da evaporação (torres “molhadas”) e da irradiação (torres “secas”) para resfriar a água.
Torres molhadas
As torres “molhadas” são as mais amplamente usadas. Seu funcionamento baseia-se no princípio que diz que entre massas
idênticas expostas ao ambiente, resfria-se em menor tempo aquela que tiver a maior superfície de contato.
