“Os trocadores de calor tem como principal função realizar a transferência de calor de um ou mais fluidos que se encontram em temperaturas diferentes. Possuem um design compacto resultando assim, em uma menor quantidade de material utilizado para a superfície de troca. O seu alto rendimento está aliado a seu baixo custo de manutenção. São perfeitos para solucionar os problemas de transferência térmica para uma ampla gama de aplicações. Em resumo, os trocadores de calor são notáveis por:
- Alta eficiência térmica no processo de transferência de calor;
- Baixo custo de instalação;
- Alta performance, com baixo volume retido;
- Fácil desmontagem para manutenção;
- Por ser um equipamento desmontável, permite o ajuste da capacidade do trocador adicionando ou removendo placas do equipamento.
Trata-se de um dispositivo termodinâmico que tem como principal função realizar a transferência de calor de um ou mais fluidos que encontram-se em temperaturas diferentes. Tal processo é conhecido como troca térmica de calor. O trocador de calor tem por finalidade resfriar ou aquecer fluidos, e para que isso ocorra, o fluido passa por um circuito que promove a troca de calor entre eles.
SURGIMENTO
Por volta de 20.000 A.C. o homem já utilizava uma espécie de dispositivo que viabilizava a troca de calor, conhecido como panela de cozinhar. Arquimedes de Siracusa, por volta de 212 A.C., criou o primeiro dispositivo de calor destinado ao uso comercial e público, o canhão a vapor. Heron, em 120 A.C., criou outro dispositivo, a esfera gigante. Entretanto, somente em 1763 o trocador de calor foi lançado, com a criação da máquina a vapor de James Watt.
FABRICAÇÃO
Possuem em sua composição diversos tubos, o trocador está disponível em diversos modelos, cada qual, com características distintas para determinadas aplicações e necessidades. Geralmente o fluido de menor temperatura, conhecido como refrigerante, escoa pelos tubos, enquanto que o fluido de maior temperatura, que será refrigerado, circula na área dos tubos internos, sendo isolado pelo casco do equipamento.
Na intenção de obter maior economia, alguns equipamentos apresentam dobras em seus tubos para reduzir o espaço utilizado. O trocador não apresenta um lado específico para saída e entrada do fluido, por isso, pode-se encontrar o equipamento operando em dois regimes de fluxo: paralelo e contracorrente.
Nos trocadores de fluxo paralelo, ambos os fluidos seguem de forma paralela no interior do equipamento, ou seja, os fluidos entram por um mesmo lado A e saem por um mesmo lado B. Nos trocadores de contracorrente, é possível se obter os fluidos em sentido contrário em relação ao outro, ou seja, um fluido entra pelo lado “A” e sai pelo lado “B”, em contrapartida o outro fluido entra pelo lado “B” e sai pelo lado “A” do mesmo equipamento.
UTILIZAÇÃO
O equipamento pode ser encontrado em diversos ramos e processos industriais, tudo depende da sua funcionalidade dentro do processo que está empregado, como por exemplo vapores a altas pressões e temperaturas, ou ainda aplicações domésticas. Um exemplo de uso doméstico para o trocador de calor é o ar condicionado. Este equipamento opera com o ar em temperatura ambiente colocando-o em contato com um fluido refrigerante que basicamente rouba o calor do ar, este ar quando refrigerado é devolvido, tornando qualquer ambiente mais agradável.
Um outro exemplo simples, do uso do equipamento no ramo industrial, é o trocador como condensador. Este equipamento atua com a entrada do fluido em forma de gás e devolve-o na forma líquida. Entretanto, quando o processo é o contrário, o fluido entra de forma líquida e é devolvido de forma gasosa, chamamos este equipamento de evaporador. Como apresentamos aqui, a aplicação e características do trocador, vão depender de onde o mesmo será empregado.
TROCADOR DE CALOR ALETADO
Muito utilizado no campo de aquecedores e resfriadores de ar e gases, o trocador de calor aletado é de grande utilidade na fabricação de peças para as indústrias de diversos segmentos. O trocador de calor aletado pode ser aplicado em diversos tipos de aquecedores, condensadores a vapor, dentre outros.
TROCADOR DE CALOR DE PLACAS
O trocador de calor de placas é desenvolvido para realizar a adequada transferência de temperatura, permitindo o conforto térmico do ambiente.
Trata-se de um suporte com placas independentes de metal que são sustentadas por barras, presas através da compressão entre uma extremidade móvel e outra fixa. Nas placas adjacentes se formam os canais por onde os fluidos escoam.
É interessante ressaltar que o trocador de calor do tipo placas foi introduzido a partir de 1930, por fornecer maior facilidade de higienização no ramo alimentício. As placas são comprimidas possibilitando canais de passagem paralelos. Os dois fluidos fluem por canais alternados, que realizam a transferência térmica. Os canais são especialmente projetados para indução máxima de turbulência em ambos os fluxos, desta forma garantindo máxima eficiência na transferência de calor. O fluxo é contracorrente, ou seja, um fluido entra no trocador pela conexão superior, enquanto que o outro entra pela conexão inferior. Este processo certifica melhores resultados nos sistemas de aquecimento ou resfriamento.
Principais vantagens
- Facilidade de acesso a superfície de troca;
- Possibilidade de alteração da área de troca térmica;
- Ocupa pouco espaço;
- Substituição de placas facilitada;
- Baixo custo operacional;
- Respostas imediatas;
- Redução de incrustação e de paradas;
- Possibilidade de operar com mais de dois fluidos;
- Alta eficiência térmica por efetividade na transferência de calor;
- Desmontagem Facilitada para manutenção;
- Alta performance, com baixo volume retido.
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TROCADOR DE CALOR SERPENTINA
O trocador de calor serpentina é destinado a fazer a troca térmica entre dois fluidos com diferentes temperaturas e características, dependendo de cada aplicação. As serpentinas podem ser usadas, dentre diversas funções, como aquecedores, resfriadores, condensadores, além de comumente serem utilizadas para fazer a troca térmica em tanques de fusão ou armazenamento.
O trocador de calor serpentina é muito utilizado na indústria, e é facilmente adaptado para o tipo de aplicação que ele terá e o processo que ele irá integrar. Esse tipo de equipamento é fabricado a partir de uma ou mais serpentinas de tubos circulares ordenadas em uma estrutura, sendo geralmente configurado de uma forma helicoidal ou espiral, com tubos lisos ou aletados, adequando a troca térmica necessária com o espaço físico que estiver acessível para sua aplicação.
O trocador de calor serpentina pode ser construído com diferentes tipos de materiais determinados a partir da função que o equipamento exercerá juntamente com os dados operacionais envolvidos no processo que ele irá integrar.
O trocador de calor serpentina tem sua aplicação variada e é bastante usado para controle de temperatura em vasos circulares com agitadores mecânicos, tanques de armazenagem de óleo combustível, tanques de soluções salinas, para evitar cristalização, tanques de fusão, entre outros.
TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBO
O trocador de calor casco e tubo é um equipamento que realiza a troca de fluidos que podem ser de origem líquida, sólida ou gasosa em sistemas de refrigeração e aquecimento de diversos tipos de equipamentos.
Possui em sua composição um casco cilíndrico e uma junção de tubos, organizados paralelamente ao eixo longitudinal do casco. As placas conhecidas como espelhos são perfuradas e cada furo representa um tubo de feixe, estes tubos atravessam os espelhos, e as chicanas possuem a função de direcionar o fluido que escoa por fora dos tubos, além de suportar os mesmos. No equipamento, um fluido escoa pelo interior e outro por fora dos tubos.
Principais vantagens
- Apresenta distribuição de tubos padronizadas;
- Flexibilidade de alterar seu diâmetro;
- Possui espaçamento padronizado entre as chicanas;
- Alto índice de troca de calor ao lado do casco.
TROCADOR DE CALOR DUPLO TUBO
O trocador de calor tubo duplo é um equipamento de aplicação muito rara e particular, sendo uma maneira de contornar a corrosão que um determinado fluido causa em certo material e não afeta outro e quando isto ocorre com os dois fluidos que operam em um mesmo trocador de calor, a adoção de um tubo que seja constituído por dois tubos de materiais diferentes e mecanicamente unidos por um processo de trefilação, o tubo duplo, é a solução para o problema.
Também se pensa em trocador de calor tubo duplo como sendo aquele que, na realidade, é um trocador do tipo duplo tubo, que é formado por dois tubos, concêntricos, porém com a circulação de um fluido no espaço existente entre eles e outro fluido circulando no lado interno do tubo de menor diâmetro.
Este tipo de trocador é aplicado em situações de pequena vazão e pequena quantidade de energia térmica envolvida e que, normalmente, precisa ser um trocador de calor com fluxos em contra corrente verdadeira pois existirá cruzamento de temperaturas, ou seja, a temperatura de saída do fluido quente será menor que a temperatura de saída do fluido frio como, por exemplo, o ar comprimido que se encontra a 140°C e deve ser resfriado a 40°C e a água de resfriamento que será a fonte fria, estando a 30°C, será aquecida até a temperatura de 50°C.
Existe ainda o trocador de calor tubo duplo que é fabricado utilizando-se de um tubo menor, instalado dentro de outro maior e que tem como elemento de ligação entre eles, aletas metálicas; tal aplicação, muito particular, é encontrada em alguns resfriadores de ar comprimido.
O trocador de calor tubo duplo ou de duplo tubo ou ainda aqueles fabricados com tubos duplos com um “recheio” de aletas, são soluções engenhosas para situações de processo muito específicas e particulares.
CURIOSIDADE SOBRE AS MÁQUINAS PASTEURIZADORAS
A pasteurização é um processo que consiste basicamente em aquecer líquidos frios ou quentes para acabar com todos os patogênicos no seu interior. Durante o processo, os líquidos quentes e frios não se misturam graças ao direcionamento das juntas nas placas.
As especificações do sistema de processo de aquecimento a ser utilizado depende inteiramente das especificações do produto e dos resultados que se desejam obter. Assim, o sistema é projetado de acordo com as temperaturas de entrada e saída do produto, pressão de operação, perdas de pressão aceitáveis dentro do trocador, capacidade de aquecimento e tipos ou quantidade de líquidos.
Em resumo
O trocador de calor possui diversas aplicações na indústria de bebidas. Em compressores de alta pressão, sua principal função é eliminar a umidade do gás carbônico utilizado para gaseificar as bebidas. Neste caso, o equipamento geralmente é trocador em inox, justamente por ser mais resistente aos ataques químicos, mecânicos e a corrosão, além de impedir a proliferação de bactérias, o que é crucial nas indústrias alimentícias e de bebidas.
No processo de pasteurização do leite, o mesmo deve ser submetido logo no início a uma temperatura de 80° para eliminar as bactérias que contribuem com a sua deterioração e qualidade, logo em seguida o leite deve ser resfriado para não perder suas características nutricionais e de palatabilidade.
O Pasteurizador de cerveja varia a sua temperatura conforme o processo da fábrica, a bebida pode ficar exposta por mais ou menos tempo em uma determinada temperatura. Após a cerveja ser aquecida e permanecer estável é possível enfim estabelecer um prazo de validade, este que se estipula com base na data de produção até uma data pré-determinada. A data pré-determinada final é o período no qual a bebida tem contato com todas as suas características sensoriais.
PRINCIPAIS SEGMENTOS EM QUE AS EMPRESAS UTILIZAM TROCADORES DE CALOR
- Alimentação, Lácteos e Bebidas;
- Agricultura;
- Climatização e Energia;
- Metais e Sais minerais;
- Indústria Marítima e Diesel;
- Máquinas e Metalurgia;
- Petróleo e Gás;
- Químicos;
- Celulose e Papel;
- Refinaria;
- Petróleo;
- Biotecnologia e Tratamento de Água.
Principais referências:
https://www.trocadordecalor.com.br/trocador-de-calor
https://www.directindustry.com/pt/prod/turkoz-makina-sanayi-ve-tic/product-217167-2238943.html
https://www.termotek.com.br/trocador-calor-serpentina
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