Apostila Trocadores De Calor

APRESENTAÇÃO

Esta apostila apresenta um material didático sobre Trocadores de Calor com foco na formação de operadores de processos industriais. O material foi elaborado/compilado a partir de um conjunto de outras apostilas disponíveis na internet ou ainda, resumo de livros didáticos.

ÍNDICE

1 TROCADORES DE CALOR 4

1.1 Definição 4

1.2 Equipamento 5

2 TIPOS DE TROCADORES 9

2.1 Classificação quanto à utilização 9

2.2 Classificação quanto à forma construtiva 10

3 CÁLCULO DE UM TROCADOR DE CALOR 23

3.1 Dimensionamento Térmico de Trocadores de Calor - DTML 23

4 CONSIDERAÇÕES GERAIS SOBRE ISOLANTES TÉRMICOS 25

4.1 Conceituação, Finalidade e Materiais Isolantes 25

4.2 Análise das Características dos Isolantes Térmicos 28

4.3 Propriedades térmicas 28

4.4 Fatores que afetam a condutividade térmica 29

4.5 Propriedades mecânicas 29

4.6 Propriedades relativas à umidade 30

4.7 Saúde e segurança 30

5 VARIÁVEIS DE CONSTRUÇÃO E OPERACIONAIS 30

5.1 Construção 30

5.2 Observações gerais sobre a construção 31

5.3 Instalação 31

5.4 Entrada em operação 32

5.5 Limpeza 33

5.6 Procedimento geral para montagem e desmontagem do conjunto: 33

5.7 Procedimentos gerais para armazenagem 34

5.8 Reparos: 34

5.9 Inspeção de Equipamentos em Operação 35

6 REFERÊNCIAS 35

1 TROCADORES DE CALOR

1.1 Definição

Trocador de calor é o dispositivo usado para realizar o processo da troca térmica entre dois fluidos em diferentes temperaturas. Este processo é comum em muitas aplicações da Engenharia. Podemos utilizá-los no aquecimento e resfriamento de ambientes, no condicionamento de ar, na produção de energia, na recuperação de calor e no processo químico. Em virtude das muitas aplicações importantes, a pesquisa e o desenvolvimento dos trocadores de calor têm uma longa história, mas ainda hoje busca-se aperfeiçoar o projeto e o desempenho de trocadores, baseada na crescente preocupação pela conservação de energia.

Os trocadores ou permutadores de calor do tipo tubular constituem o grosso do equipamento de transferência de calor com ausência de chama, nas instalações de processos químicos.

Os mais comuns são os trocadores de calor em que um fluido se encontra separado do outro por meio de uma parede, através da qual o calor se escoa, estes tipos de trocadores são chamados recuperadores. Existem várias formas destes equipamentos, variando do simples tubo dentro de outro, até os condensadores e evaporadores de superfície complexa. Entre estes extremos, existe um vasto conjunto de trocadores de calor comuns tubulares. Essas unidades são largamente utilizadas, devido à possibilidade de serem construídas com grande superfície de transferência, em um volume relativamente pequeno, além de possibilitar a fabricação com ligas metálicas resistentes à corrosão e, são apropriados para o aquecimento, resfriamento, evaporação ou condensação de qualquer fluido.

O projeto completo de um trocador de calor pode ser dividido em três partes principais:

– Análise Térmica - se preocupa, principalmente, com a determinação da área necessária à transferência de calor para dadas condições de temperaturas e escoamentos dos fluidos.

– Projeto Mecânico Preliminar – envolve considerações sobre as temperaturas e pressões de operação, as características de corrosão de um ou de ambos os fluidos, as expansões térmicas relativas e tensões térmicas e, a relação de troca de calor.

– Projeto de Fabricação – requer a translação das características físicas e dimensões em uma unidade, que pode ser fabricada a baixo custo (seleção dos materiais, selos, involucros e arranjo mecânico ótimos) , e os procedimentos na fabricação devem ser especificados.

Para atingir a máxima economia, a maioria das indústrias adota linhas padrões de trocadores de calor. Os padrões estabelecem os diâmetros dos tubos e as relações de pressões promovendo a utilização de desenhos e procedimentos de fabricação padrões. A padronização não significa entretanto, que os trocadores possam ser retirados da prateleira, porque as necessidades de serviço são as mais variadas. O engenheiro especialista em instalações de trocadores de calor em unidades de energia e métodos de instalação, é solicitado frequentemente para selecionar a unidade de troca de calor adequada a uma aplicação particular. A seleção requer uma análise térmica, para determinar se uma unidade padrão (que é mais barata!) de tamanho e geometria especificados, pode preencher os requisitos de aquecimento ou resfriamento de um dado fluido, com uma razão especificada, neste tipo de análise deve ser levado em conta, no que diz respeito ao custo, a vida do equipamento, facilidade de limpeza e espaço necessário, além de estar em conformidade com os requisitos dos códigos de segurança da ASME.

1.2 Equipamento

O equipamento de transferência de calor pode ser identificado pelo tipo ou pela função. Quase todo tipo de unidade pode ser usado para efetuar qualquer ou todas estas funções, abaixo, a Ilustração 1 mostra as principais definições dos equipamentos de troca térmica.

A Tubular Exchange Manufactures Association (ASME) estabeleceu a prática recomendada para designação dos trocadores de calor multitubulares mediante números e letras. A designação do tipo deve ser feita por letras indicando a natureza do carretel, do casco e da extremidade oposta ao carretel, nesta ordem, conforme a Ilustração 2.

Os principais tipos de trocadores de calor multitubulares