ATPS Fenômenos Dos Transportes - UNIA

Um trocador de calor ou permutador de calor é um dispositivo para transferência de calor eficiente de um meio para outro.Tem a finalidade de transferir calor de um fluido para o outro, encontrando-se estes a temperaturas diferentes. Os meios podem ser separados por uma parede sólida, tanto que eles nunca misturam-se, ou podem estar em contato direto.Um permutador de calor é normalmente inserido num processo com a finalidade de arrefecer (resfriar) ou aquecer um determinado fluido. São amplamente usados em aquecedores, refrigeração, condicionamento de ar, usinas de geração de energia, plantas químicas, plantas petroquímicas, refinaria de petróleo, processamento de gás natural, e tratamento de águas residuais.

são usados para refrigeração de fluidos, sendo os mais comuns, óleo e água e são construídos em tubos, onde, normalmente circula o fluido refrigerante (no caso de um trocador para refrigeração). O fluido a ser refrigerado circula ao redor da área do tubo, isolado por outro sistema de tubos (similar a uma Serpentina (duto)) que possui uma ampla área geometricamente favorecida para troca de calor.

O material usado na fabricação de trocadores de calor, geralmente possui um coeficiente de condutibilidade térmica elevado. Sendo assim, são amplamente utilizados o cobre e o alumínio e suas ligas.

Dentro da teoria em engenharia, é um volume de controle, sendo que este equipamento normalmente opera em regime permanente, onde as propriedades da seção de um fluido não se altera com o tempo.

A eficiência de um trocador de calor depende principalmente:

- Do material utilizado para construção;

- Da característica geométrica e

- Do fluxo, temperatura e coeficiente de condutibilidade térmica dos fluidos em evidência.

Genericamente, para melhorar a troca de calor, são colocados aletas em toda a área da tubulação. Estas aletas fazem com que o fluido se disperse em áreas menores, assim, facilitando a troca de calor. Aletas, consistem em células interligadas entre si, onde circula fluido. São construídas em materiais de excelente condutibilidade térmica. Seu uso, acarreta uma grande desvantagem em um sistema termodinâmico, pois reduzem drasticamente a pressão com relação a entrada e saída. A maioria dos trocadores de calor, utilizam tubos com geometrias que favorecem a troca de calor, onde internamente, há em sua área aletas.

Os permutadores de calor existem em várias formas construtivas consoante a aplicação a que se destinam, sendo as principais:

-Permutador de calor de carcaça e tubos (em inglês shell and tube heat exchanger)

-Permutador de calor de placas (plate heat exchanger)

-Permutador de calor de placas brasadas com aletas (brazed plate fin heat exchanger)

Quanto as fases, existem 2 tipos de trocadores de calor:

-Monofásico, onde não há mudança de fase no fluido a ser refrigerado ou aquecido;

-Multifase, onde há mudança de estado físico do fluido.

Trocadores de calor casco e tubo consistem de uma série de tubos. Um conjunto destes tubos contém o fluido que deve ser ou aquecido ou esfriado. O segundo fluido corre sobre os tubos que estão sendo aquecidos ou esfriados de modo que ele pode fornecer o calor ou absorver o calor necessário. O conjunto de tubos é chamado feixe de tubos e pode ser feita de vários tipos de tubos: simples, longitudinalmente aletados, etc. Trocadores de calor casco e tubos são normalmente utilizados para aplicações de alta pressão (com pressões superiores a 30 bar e temperaturas superiores a 260°C). Isso ocorre porque os trocadores de calor casco e tubo são robustos, devido à sua forma.

Existem várias características de projeto térmico, que devem ser tidas em conta quando projeta-se os tubos na nos trocadores de calor de casco e tubo.

Outro tipo de trocador de calor é o trocador de calor de placas. Um deles é composto por placas múltiplas, finos, levemente separadas que têm áreas de superfície muito grande e as passagens de fluxo de fluido de transferência de calor. Este arranjo empilhado de placas pode ser mais eficaz, em um determinado espaço, que o trocador de calor de casco e tubos. Avanços na tecnologia de vedação e brasagem fizeram o permutador de calor do tipo placa cada vez mais prático. Em aplicações HVAC, grandes trocadores de calor deste tipo são chamados placas-e-quadros, quando utilizados em circuitos abertos, estes trocadores de calor são normalmente do tipo vedado permitindo desmontagem, limpeza e inspeção periódica. Existem muitos tipos de trocadores de calor de placa permanentemente ligadas, tais como variedades de placa brasadas por imersão e brasadas a vácuo, e muitas vezes são especificados para aplicações de circuito fechado, como refrigeração. Trocadores de calor de placas também diferem no tipo de placas que são utilizadas, e nas configurações das placas.

Este tipo de trocador de calor utiliza com passagens em "sanduíche" para aumentar a efetividade da unidade. Os projetos incluem fluxo transversal e contrafluxo com diversas configurações de aletas tais como aletas retas, aletas deslocadas e as aletas onduladas.

Trocadores de calor de placas aletadas são normalmente feitos de ligas de alumínio, que proporcionam maior eficiência de transferência de calor. O material permite que o sistema funcione a baixa temperatura e reduzem o peso do equipamento. Trocadores de calor de placas aletadas são usados principalmente para serviços de baixa temperatura, como plantas de liquefação de gás natural, hélio e oxigênio,