Dimensionamento de trocador de calor

 em Produção

Um trocador de calor é um equipamento que possibilita a transferência de energia térmica de um fluido a outro, sem que haja contato direto entre eles. É também chamado de aquecedor ou de resfriador, tendo aplicação em diversos ramos e processos da indústria e, também, do cotidiano. 

Explicando brevemente seu funcionamento, o fluido de menor temperatura, chamado de refrigerante, escoa pelos tubos, enquanto o fluido de maior temperatura, o qual será refrigerado, circula na área dos tubos internos, sendo isolado pelo casco do equipamento.

Na intenção de obter maior economia, alguns trocadores de calor apresentam dobras em seus tubos para diminuir 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.

Na indústria, os trocadores de calor são utilizados para aquecer ou resfriar fluidos, como dito anteriormente, e podem estar associados ao setor químico, petroquímico, farmacêutico, alimentício, siderúrgico e diversos outros ramos, sendo bem provável a aplicação deles na sua indústria.

Das inúmeras utilidades que um trocador de calor pode ter na indústria, trazemos aqui alguns exemplos para elucidar:

  • conservação de alimentos;
  • aquecedores de água domésticos;
  • condicionadores de ar ou frigoríficos;
  • alambiques para produção de cachaça;
  • ares-condicionados convencionais;
  • condensadores (quando o fluido entra em forma de gás e sai na forma líquida).

Falando um pouco da variedade de opções de trocadores de calor que existem, os mais utilizados atualmente são o de duplo tubo, o de casco, o de tubos e o de placas, sendo caracterizados como equipamentos de alta performance, com facilidade de montagem, higienização e conserto, quando necessário.

Agora vamos ao que interessa: um projeto para dimensionar um trocador de calor requer algumas análises e estudos prévios, dividindo-se inicialmente em quatro etapas:

  • A escolha da tecnologia:

A escolha do trocador de calor  mais apropriado para a sua produção está relacionada a alguns fatores, como: o estado físico dos fluidos presentes e sua natureza (fluido limpo, incrustante, viscoso, corrosivo, etc.), as temperaturas dos fluidos em questão, a troca térmica que você deseja realizar, as pressões (pressão máxima em serviço e a perda de carga admissível), as normas de construção (Requisitos FDA, DIN, ASME, JIS, etc.), as restrições de instalação e de manutenção do seu espaço (como exemplo: frequência de limpeza) e a aplicação dele que você almeja.

Levando em consideração estes fatores, em alguns casos, a necessidade do uso de materiais específicos determina a escolha do tipo de trocador. Como por exemplo, a aplicação em água do mar que requer emprego de titânio, material que não pode ser aplicado em qualquer tipo de trocador. Analisando todos esses tópicos listados, é possível concluir e escolher qual é a melhor alternativa a se aplicar na sua indústria, reduzindo possíveis perdas e gastos desnecessários com erros técnicos.

  • Projeto térmico:

Escolhidas as tecnologias, prosseguimos com o projeto através da determinação da energia térmica a ser transferida, dimensões e geometrias do equipamento. Primeiro, é necessário validar os dados do processo térmico pela aplicação de alguns cálculos e fórmulas matemáticas que não entraremos em detalhes aqui.

Então, calculamos a diferença de temperatura média logarítmica (DTML) com base nas temperaturas de entradas e saídas do trocador. Com esses valores calculados de energia e DTML, podemos calcular a superfície de troca térmica.

Por último, o coeficiente de transferência de calor K é calculado a partir de uma aplicação de fórmula direta. A obtenção desse coeficiente de transferência de calor nos permite encontrar a área necessária para troca térmica e, portanto, dimensionar qual o melhor trocador de calor para você.

  • Perda de carga no trocador de calor:

Um fluido em movimento sofre perdas de energia devido ao atrito nas paredes (perda de carga regular) ou contratempos (perda de carga singular). A perda de energia, resulta em uma queda de pressão e deve ser compensada para permitir que o fluido continue em movimento. Quando um trocador de calor é projetado, sua perda de carga pode ser calculada através de diferentes correlações determinadas pelas características da superfície de troca térmica.

  • Rendimento do trocador de calor:

Nas condições reais, é impossível obtermos um rendimento de 100%. O rendimento do trocador depende da quantidade de energia a ser transferida e das temperaturas que se deseja atingir com o fluido aplicado. O rendimento do equipamento deve ser um requisito previamente fixado por você e o seu principal ponto de foco ao decidir implementar essa tecnologia na sua indústria.

Percebeu que está faltando esse equipamento no seu negócio, mas achou complicado de realizar esse projeto? Fale conosco! Nós desenvolvemos o projeto ideal para você!

Postagens Recomendadas

Deixe um Comentário