O Trocadores de Calor

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO CIÊNCIA E TECNOLOGIA DA BAHIA

CARLOS VINICIUS CRUZ

FABIANO CRUZ

GABRIEL PORTO

NATHÁLIA MARTINS

VINICIUS PIMENTEL

TROCADOR DE CALOR

III UNIDADE

SALVADOR 2017

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Escoamento paralelo e contracorrente

Os trocadores de calor podem ser classificados de diversas maneiras, dentre elas, de acordo com o seu tipo de escoamento dos fluidos do cascos e dos tubos, eles podem se classificados como escoamento de correntes paralelas e escoamento de contracorrente/opostas.

No escoamento de correntes paralelas os fluidos frios e quentes entram pela mesma extremidade do trocador de calor, fazendo com que todo seu fluxo ocorra na mesma direção e acabe escoando juntos na extremidade oposta. Nesse tipo de escoamento a uma grande diferença de temperatura na entrada do trocador, porém essa diferença vai diminuindo a medida que os fluidos vão escoando pelo trocador, como ilustrado na figura  1.

Já o escoamento contracorrente/oposto o fluido quente e o fluido frio entram por lados opostos do trocador de calor escoam em direções contrarias, ou seja, os fluidos entram em uma extremidade do trocador e sai por outra. Diferente do que ocorre no escoamento  de corrente paralelo, esse tipo de escoamento promove a transferência de calor entre as parcelas mais quentes dos dois fluidos em uma extremidade e na outra a transferência de calor nas parcelas mais fria dos dois fluidos, ocasionando assim uma menor diferença na temperatura acarretando em uma maior diferença media ao longo do trocador, como ilustrado na figura 1. Devido a isso, caso um determinado trocador seja mantido nas mesmas condições, o trocador que opera com o tipo de escoamento contracorrente possuirá uma eficiência maior no processo de transferência de calor do que o de escoamento de correntes paralelas.

[pic 2]

Figura 1 - Escoamento

Tq,e = temperatura do fluido quente na entrada;

Tf,e = temperatura do fluido frio na entrada;

Tq,s = temperatura do fluido quente na saída;

Tf,s=temperatura do fluido frio na saída.

Trocador de Calor de Duplo Tubo

O trocador de calor de duplo tubo (ou bitubular) é constituído, basicamente, por dois tubos concêntricos, por onde passam os fluidos de forma separada, um passa pelo tubo de maior diâmetro e o outro no de menor diâmetro. A parede do tubo interno serve como interface de separação e de troca térmica entre os fluidos, que podem se mover no mesmo sentido (arranjo em paralelo) ou em sentidos opostos (arranjo em contracorrente). Em outros tipos de trocador de calor também pode-se implementar esse arranjos.

Esse tipo de trocador de calor é fácil de construir e montar; e também apresenta facilidade de manutenção e limpeza. Porém ocupa muito espaço para uma pequena área de transferência de calor e é economicamente viável apenas quando essas áreas são de até 30 m2.

Trocador de Calor Casco e Tubo

Esse trocador tem um arranjo de muitos tubos dentro de um compartimento chamado de caso. Enquanto um fluido passa pelo tubos, o outro passa por fora deles (pelo casco). Pode-se considerar que é um melhoramento do trocador de duplo tubo através do aumento da superfície por onde ocorre a transferência de calor entre os fluidos, pela maior quantidade de tubos. Formas específicas desse trocador de se diferenciam pelo número de passes no casco e nos tubos. Também podem ser instaladas chicanas para aumentar o coeficiente de transferência de calor no fluido do lado do casco. Além das configurações de escoamento já mencionadas, pode-se fazer com que o fluido do casco escoa perpendicularmente aos tubos (escoamento cruzado).

O trocador de casco e tubo apresenta facilidade para manter em operação e para fazer manutenção e reparação; seu projeto é flexível e robusto, ou seja, podem ser feitas modificações em sua estrutura e garantir sua resistência; além disso, sua fabricação é bastante ampla. Contudo, ele necessita de muito espaço; se comparado outros tipos de trocador de calor, possui menor flexibilidade para mudanças na capacidade de produção e opera apenas com fluidos de baixa viscosidade.

Trocador de Calor à Placas

É de baixo custo; apresenta uma grande flexibilidade para alterações na capacidade de produção e para variações na quantidade de placas e a inspeção é facilitada pela abertura do conjunto de placas. Entretanto, as pressões de operação são limitadas em 700 KPa pelas vedações das placas e a velocidade do líquido é baixa para pressões baixas.

Operação do Trocador de Calor de Casco e Tubos

A escolha do trocador de calor a ser utilizado na operação de um determinado processo é de vital importância na escolha de qualquer engenheiro, já que ele deve escolher um equipamento que permita alcançar a mudança na temperatura especificada no escoamento de vazão mássica conhecida ou prever as temperaturas de saída dos escoamentos  dos fluidos quente e frio em determinado trocador de calor.