TROCADORES DE CALOR

Grande parte das indústrias químicas necessitam, em alguma etapa, que um fluido seja aquecido, resfriado, fervido, condensado, esterilizado, pasteurizado entre outros processos que requeiram a mudança de temperatura. As indústrias petroquímicas, refinarias, cervejarias e usinas de geração de energia são apenas alguns exemplos de de aplicação dos trocadores de calor, equipamentos que possuem configuração variável e proporcionam a troca térmica entre dois fluidos em forma de calor sem que o produto entre em contato com o ambiente durante o processo.

O processo que ocorre dentro de um trocador de calor é a troca térmica entre dois fluidos que entram no equipamento com uma diferença de temperatura e, ao saírem do trocador de calor, encontram-se a temperaturas semelhantes. O calor do fluido quente é transferido para o fluido de temperatura mais baixa através da condução ou convecção.

Trocador de calor de placas líquido-líquido para indústria agroalimentar

A escolha do trocador de calor vai depender da aplicação desejada, pois estes equipamentos possuem diversas especificações que podem ser classificadas como:

  • quanto ao processo de transferência;
  • quanto ao contato entre as correntes;
  • quanto ao número de correntes;
  • quanto a razão área de troca térmica/volume;
  • quanto a construção.

Alguns tipos de trocadores de calor observados na indústria são:

  • Trocador de calor de placas – PHE (plate heat exchanger): neste tipo de trocador, sendo o mais comum o trocador de placas com gaxetas (juntas), o escoamento dos fluidos ocorre por entre as placas e a troca térmica entre os fluidos ocorre através das chapas metálicas. Estes trocadores foram implementados na década 30 para o cumprimento de normas e exigências das indústrias farmacêutica e alimentícia, são equipamentos de fácil manutenção e utilizados em operações com líquidos de pressões e temperaturas moderadas (até 1,5 MPa e 150ºC). Na indústria alimentícia, PHEs são utilizados na pasteurização do leite. Nos demais setores, os PHEs são utilizados com a finalidade de resfriamento em plantas petroquímicas, metalúrgicas, de papel e celulose e de geração de energia.

Trocadores de calor do tipo placas com gaxetas

  • Trocadores de calor de placa aletada: a presença de aletas (planas ou onduladas) permite o direcionamento do fluxo de fluido entre as chapas planas. Para este tipo de trocador, são indicados processos de troca térmica entre gases à baixa pressão (até 1000 kPa) e temperaturas que não ultrapassem 800ºC. Estes trocadores podem ser utilizados em processos criogênicos.
  • Trocador de casco e tubos: de configuração cilíndrica, este tipo de trocador é, basicamente, uma carcaça que envolve diversos tubos, os quais podem estar dispostos de forma triangular ou quadrangular e deve ser utilizado quando é requerida uma elevada área de troca térmica. Neste sistema, um dos fluidos passa pelos tubos e, o outro, entre o casco e os tubos, podendo ser, o fluxo, em contracorrente ou paralelo. Os trocadores de casca e tubos são versáteis quanto às condições operacionais de pressão e temperatura, são utilizados para fluidos de alta viscosidade ou corrosivos. É comum observar os trocadores de casco e tubos em refinarias de petróleo e indústrias químicas no geral, pois não perdem sua funcionalidade em processos à altas pressões.

Trocador de calor de casco e tubos

  • Trocadores de calor tipo duplo tubo: a configuração deste tipo de trocador é constituída por dois tubos concêntricos. O escoamento dos fluidos acontece por dentro do tubo interior e na parte anular entre os tubos. Os trocadores tipo duplo tubo são utilizados para pequenas vazões e processos que envolvem baixa energia térmica.

Esquema de trocador de duplo tubo

  • Trocador de calor tipo serpentina: os trocadores de calor tipo serpentina podem possuir diversas configurações que irá depender do tipo de equipamento em que será utilizado. Sua disposição pode ser do tipo helicoidal ou espiral. Podem ser aplicados em tanques de armazenagem de óleo combustível, em tanques de fusão e torres de absorção por exemplo.

Serpentina helicoidal

Os trocadores de calor são equipamentos utilizados amplamente em indústrias química, logo são estudados no curso de Engenharia Química como parte das operações unitárias. Existem diversos tipos de trocadores de calor para diferentes aplicações e diferentes tecnologias.

O projeto de um equipamento de troca térmica envolve muito mais do que a aplicação final, envolve a análise de transferência de calor, a perda de carga, avaliação do desempenho além da viabilidade econômica para ser executado.

Fonte:

Conhecendo os trocadores de calor a placas

Equipamentos de troca térmica

Trocador de calor

Trocadores de calor

FOUST, A. Princípios das Operações Unitárias, 2ª ed. Editora LTC, 1982.