trocadores de calor uma abordagem clara e precisa

1. Universidade Federal do Maranhão – UFMA
Centro de Ciências Exatas e Tecnologias – CCET
Departamento de Tecnologia Química
Professora: Dr. Marcela Kotsuka da Silva
Trocadores de Calor
Ana Beatriz da Paixão Ribeiro 2011004861
Italo Mateus Sousa Pereira 2011004905
Tatiana Borges Diniz 2011004979
São Luís-MA
2014

2. INTRODUÇÃO
O processo de troca de calor entre dois fluidos que estão em diferentes
temperaturas e separados por uma parede sólida ocorre em muitas aplicações
da engenharia. Os equipamentos usados para implementar esta troca são
denominados trocadores de calor, e aplicações específicas podem ser
encontradas em aquecimento e condicionamento de ambiente, recuperação de
calor, processos químicos, etc. Como aplicações mais comuns deste tipo de
equipamento temos: Aquecedores, resfriadores, condensadores, evaporadores,
torres de refrigeração, caldeiras, etc.
Os trocadores de calor são equipamentos de extrema importância para a
engenharia. Foram desenvolvidos muitos tipos de trocadores de calor para
diversos campos da indústria, como usinas elétricas, usinas de processamento
químico, ou em aquecimento e condicionamento de ar. Existem também
aplicações domésticas bastantes comuns como em geladeiras e ar
condicionados.
Esse equipamento foi projetado para trocar calor entre fluidos, segundo as
leis da termodinâmica, e, portanto proporcionar o reaproveitamento da energia
térmica presente nos fluidos quentes. Dessa forma, ao conservar a energia, os
trocadores de calor tornam-se importantes ferramentas para a preservação do
meio ambiente.

3. TROCADORES DE CALOR
1.FUNCIONAMENTO
Existem três princípios diferentes em que se baseiam os trocadores de calor,
sendo o último o mais comum na indústria, pois não há contato entre os dois
fluídos, e assim podem ser reaproveitados. Os demais possuem aplicações
específicas.
1.1 Pela mistura de fluidos
Dois fluidos de temperaturas diferentes se misturam num único sistema,
alcançando uma mesma temperatura final. Pode ocorrer tanto em ambiente
aberto, quanto em sistema fechado.
1.2 Com armazenagem intermediária
Os fluidos quente e frio são escoados alternadamente na mesma passagem.
Quando o fluido quente atravessa a passagem, o calor é armazenado na parede
e no enchimento do trocador, em seguida o fluido frio atravessa o trocador de
calor e absorve o calor armazenado. Geralmente esse método é usado em
gases.
1.3 Através de uma parede que separa os fluidos
Os fluidos escoam no trocador sem contato direto, através de tubulações
distintas, separadas por paredes de alta condutibilidade térmica. Geralmente
essas paredes são feitas de metais, como o cobre e o alumínio, ou ligas
metálicas. 5 O escoamento pode ser dado de duas formas, em correntes
paralelas, em que os dois fluidos entram do mesmo lado do trocador e fluem no
mesmo sentido, ou entram em lados opostos e fluem em sentido contrário; ou
em correntes cruzadas, onde os fluidos escoam perpendicularmente.
De modo geral, o escoamento em corrente cruzada é bastante aplicado em
aquecimento de gases e sistemas de refrigeração.
2. TIPOS E CLASSIFICAÇÃO DOS TROCADORES DE CALOR

4. 2.1 Classificação quanto ao tipo de corrente
2.1.1 Correntes paralelas
Nesse arranjo, os fluidos quente e frio entram pela mesma extremidade,
escoam no mesmo sentido e saem pela mesma extremidade.
2.1.2 Correntes contrárias/Contracorrentes
No arranjo de correntes contrárias os fluidos entram por extremidades opostas,
escoam e saem por extremidades opostas.
Figura 2.1.2 Escoamento correntes paralelase contrárias.
2.1.3 Correntes cruzadas
Nesse tipo de arranjo, um fluido escoa perpendicular ao outro. São diferidos
pelo fato de serem misturados ou não-misturados, devido a aletas que não
Classificação dos trocadores de calor
Tipode Corrente Tipo de Estrutura Naturezada Transferênciade Calor

5. permitem o escoamento em duas direções. Chamamos de fluido misturado
aquele onde no arranjo não existem aletas, permitindo o escoamento em duas
direções e não-misturado aquele onde existem aletas paralelas permitindo o
escoamento numa única direção.
Figura 2.1.3 Escoamentos correntescruzada.
2.2 Classificação quanto ao tipo de estrutura
2.2.1 Trocadores Tubular
São geralmente construídos com tubos circulares, existindo uma variação de
acordo com o fabricante. São usados para aplicações de transferência de calor
líquido/líquido (uma ou duas fases). Eles trabalham de maneira ótima em
aplicações de transferência de calor gás/gás, principalmente quando pressões
Classificação quanto à estrutura
Tubular Tipo placa
Casco Tubo Tubo duplo Serpentina

6. e/ou temperaturas operacionais são muito altas onde nenhum outro tipo de
trocador pode operar. Estes trocadores podem ser classificados como carcaça e
tubo, tubo duplo e de espiral.
2.2.1.1 Tubo Duplo
Os trocadores de duplo tubo são o tipo mais comum de trocador de calor. São
compostos de dois tubos concêntricos, geralmente retos com conexões em sua
trajetória. Podem ser arranjados em forma de “U” que permite a conexão em
série dos trocadores, chamado de grampo.
Esse tipo de trocador de calor possui grande facilidade de construção e de
montagem, possui fácil manutenção e limpeza. É geralmente usado em
aplicações de pequenas capacidades.
Figura 2.1.1 - Trocador de calor de
duplotubo. Um dos fluidosescoa apenas na direção axial (amarelo) e o outro pela casca do
tubo (cinza).
2.2.1.2 Casco e Tubo
Este trocador é construído com tubos e uma carcaça. Um dos fluidos passa por
dentro dos tubos, e o outro pelo espaço entre a carcaça e os tubos. Existe uma
variedade de construções diferentes destes trocadores dependendo da

7. transferência de calor desejada, do desempenho, da queda de pressão e dos
métodos usados para reduzir tensões térmicas, prevenir vazamentos, facilidade
de limpeza, para conter pressões operacionais e temperaturas altas, controlar
corrosão, etc.
Trocadores de carcaça e tubo são os mais usados para quaisquer
capacidade e condições operacionais, tais como pressões e temperaturas altas,
atmosferas altamente corrosivas, fluidos muito viscosos, misturas de
multicomponentes, etc. Estes são trocadores muito versáteis, feitos de uma
variedade de materiais e tamanhos e são extensivamente usados em processos
industriais.
2.2.1.3 Serpentina
Este tipo consiste de uma ou mais serpentinas ordenada em uma carcaça. A
serpentina é formada por um tubo cilíndrico dentro do qual escoa o vapor ou
fluido que trocará calor com o fluido que está presente dentro da carcaça. Esse
tipo de trocador possui alta eficiência e as expansões térmicas não são
problemas, porém a limpeza é complicada, pois muitas vezes os fluidos de fora
da serpentina pode conter sais como cálcio e magnésio que aderem a sua
superfície da serpentina, o que dificulta a troca de calor entre o fluido da carcaça
e o vapor que circula dentro da serpentina provocando condensações
inadequadas. Esses sais são facilmente eliminados usando -se detergentes
ácidos. Como vantagem é que uma grande superfície de troca térmica pode ser
acomodada dentro de um determinado espaço de carcaça.

8. 2.2.2 Trocadores tipo placa
São feitos de uma série de placas estampadas de aço inox, separadas por
gaxetas de borracha que são colocadas em cada placa. Essas placas são
dispostas em paralelo de forma alternada, aparafusadas entre estruturas para
formar canais através dos quais fluem os meios líquidos, quente e frio. Esses
canais proporcionam maior velocidade e turbulência, com a finalidade de
eliminar áreas de estagnação de líquido, promovendo a máxima transferência de
calor.
O fluido quente percorre um lado da placa, enquanto o fluido frio flui no outro
lado. As gaxetas vedam os canais e definem o sentido do fluxo. Como os líquidos
fluem em sentido contrário nos canais entre as placas, o líquido frio esquenta e
o líquido quente esfria. Os bocais de entrada e de saída são instalados na
estrutura de aço fixa, para facilitar o arranjo das tubulações e proporcionar
facilidade de desmontagem para limpeza. Geralmente, este trocador não pode
suportar pressões muito altas, comparado ao trocador tubular equivalente.

9. Figura 2.2.2 Princípios de funcionamento de um trocador de calor de placas.
2.3 Classificação quanto a natureza da transferência de calor
2.3.1 Trocador de calor de mistura ou de contato direto
Nessa classe os fluidos entram em contato direto, ou seja, o fluido de maior
temperatura cede calor ao de menor temperatura até que ambos atinjam a
temperatura de equilíbrio.
Natureza da transferência de calor
Contato direto Contato indireto
Transferência
direta
Tipo
Armazenamento

10. Esses trocadores de calor possuem uma maior taxa de transferência de calor
do que os trocadores de contato indireto, devido a ocorrência da transferência
de massa. A construção é relativamente barata, se comparada aos de contato
indireto, porém sua utilização se restringe a processos em que a transferência
de massa é admissível.
As torres de resfriamento dos processos de umidificação são os exemplos
mais comuns de trocadores de calor de contato direto. Um filme líquido escoa
pela torre e o ar quente ascende, de modo a resfriar o ar umidificando-o.
Figura 2.3.1 – Torre de resfriamento.
2.3.2 Trocador de superfície ou d conato indireto
Em um trocador de contato indireto, os fluidos permanecem separados e o calor
é transferido continuamente através de uma parede, pela qual se realiza a
transferência de calor. Os trocadores de contato indireto classificam-se em:
 transferência direta
 armazenamento
2.3.2.1 Transferência direta
Neste tipo, há um fluxo contínuo de calor do fluido quente ao frio através de uma
parede que os separa. Não há mistura entre eles, pois cada corrente permanece
em passagens separados. Este trocador é designado como um trocador de calor

11. de recuperação, ou simplesmente como um recuperador. Alguns exemplos de
trocadores de transferência direta são trocadores de:
 placa
 tubular
 superfície estendida
Recuperadores constituem uma vasta maioria de todos os trocadores de
calor.
2.3.2.2 Armazenamento
Em um trocador de armazenamento, os ambos fluidos percorrem
alternativamente as mesmas passagens de troca de calor. A superfície de
transferência de calor geralmente é de uma estrutura chamada matriz. Em caso
de aquecimento, o fluido quente atravessa a superfície de transferência de calor
e a energia térmica é armazenada na matriz. Posteriormente, quando o fluido frio
passa pelas mesmas passagens, a matriz “libera” a energia térmica (em
refrigeração o caso é inverso). Este trocador também é chamado regenerador.

12. 3 COEFICIENTE GLOBAL DE TROCA DE CALOR
Em transferência de calor, o conceito de Coeficiente Global de Troca de Calor,
U, é apresentado como uma maneira de sistematizar as diferentes resistências
térmicas equivalentes existentes num processo de troca de calor entre duas
correntes de fluido, por exemplo. A partir da lei do resfriamento de Newton:
).(.  TTAhq ss (3.1)
que envolve a temperatura da superfície exposta a uma das correntes de fluido,
estendemos o raciocínio para envolver outras partes do sistema.
Em diversos momentos ao longo do curso de transferência de calor,
estudamos a troca de calor entre fluidos e superfícies divisoras do escoamento.
Com as hipóteses de regime permanente, ausência de fontes, etc; utilizamos o
conceito das resistências térmicas equivalentes e eventualmente apresentamos
o Coeficiente Global de Troca de Calor, U. Vejamos dois exemplos:
 parede plana
 parede cilíndrica

13. Dando origem ao circuito térmico equivalente:
Ou seja, nestas condições, o calor trocado foi escrito como:
).(. 21 bbs TTAUq  (3.2)
onde Tb indica a temperatura média de mistura de cada um dos fluidos.
Parede cilíndrica:
Consideremos a transferência de calor entre os fluidos do casco e dos
tubos nos feixes de tubos de um trocador multitubular, como mostra a figura. O
calor trocado entre os fluidos através das superfícies dos tubos pode ser obtido
considerando as resistências térmicas:
   
.
1
.
1
ee
cond
ii
total
t
total
Ah
R
Ah
T
R
T
q




 , onde : (3.3)
  fluidososentreratemperatudediferença totalT
A Ai e,  áreas superficiais interna e externa dos tubos
Considerando que a resistência térmica a convecção na parede dos tubos de um
trocador é desprezível (tubos de parede fina e de metal), a equação 3.3 pode
ser rescrita da seguinte forma :
h hi e,  coeficientes de película dos fluidos interno e externo
Rcond  resistência térmica a condução nos tubos

14.  
1
.
.
eii
e
totale
hAh
A
TA
q



(3.4)
Como o objetivo do equipamento é facilitar a troca de calor, os tubos metálicos
usados são de parede fina ( ri e ). Portanto, as áreas da superfícies interna
e externa dos tubos são aproximadamente iguais, ou seja, Ai e. Assim, temos
que :
 
11
.
ei
totale
hh
TA
q



(3.5)
O coeficiente global de transferência de calor em um trocador ( UC ) é definido
assim :
(3.6
A equação 1.6 pode ser colocada na seguinte forma :
(3.7)
Levando a equação 3.7 na equação 3.5 a expressão para a transferência de
calor em um trocador fica assim :
 .. totaleC TAUq  (3.8)
Quando estudamos a troca de calor por convecção no interior de dutos e
canais, começamos a relaxar a hipótese de temperatura média de mistura
constante ao longo do escoamento. Consideramos duas situações para a
condição térmica: fluxo de calor constante ou temperatura superficial constante.
Após a devida análise, determinamos como a temperatura média de mistura do
fluido varia do comprimento da superfície:
 Fluxo constante de calor na parede:
U
h h
C
i e


1
1 1
1 1 1
U h hC i e
 
ib
p
b Tx
cm
Pq
xT ,
"
)( 


15.   ib
p
b Tx
cm
Pq
xT ,
.
"

 (3.9)
 Temperatura superficial constante:














piibs
bs
cm
xAh
T
xT
TT
xTT
.
)(
exp
)()(
,

(3.10)
onde, Tb,i indica a temperatura média de mistura na entrada do equipamento
de troca de calor.
A situação em um trocador de calor é um pouco mais complicada pois não temos
mais informações sobre o fluxo de calor na parede ou sobre a temperatura
superficial (na verdade, só podemos garantir é que não serão mais constantes).
Felizmente, a maioria dos conceitos já discutidos se aplicam aqui, permitindo
uma análise simples.
Uma primeira consideração deve ser feita sobre as possíveis
variações de temperatura de cada fluido ao longo do trocador, em função da
direção com que as correntes seguem. As direções relativas do escoamento são
especificadas abaixo e mostradas na figura adiante:
 Correntes opostas: quando as correntes escoam em direções
opostas – situação (a)
 Correntes paralelas: quando as correntes seguem na mesma
direção – situação (b)
 Correntes cruzadas: quando as correntes seguem em ângulos de
90o
- situação (c)
O projeto de trocadores de calor usualmente começa com a determinação
da área de troca de calor necessária para acomodar uma determinada condição
térmica de uma ou das duas correntes, que entram no trocador a determinadas
temperaturas e vazões e precisam sair em determinadas temperaturas, por
exemplo, especificadas em algum ponto da linha de produção.

16. Arranjos Básicos de Trocadores:
Um tipo muito comum de trocador de calor é o conhecido como carcaça e tubos,
como mostrado abaixo:
Nesta situação, temos um volume externo, do casco, que abriga inúmeros tubos
que podem fazer vários passes. Na situação, tem-se que o fluido que escoa
pelos tubos passa por dois passes enquanto que o fluido na carcaça segue um
único passe.
A análise das condições de troca de calor em situações com diversos
passes é bastante complexa.
3.1 MÉDIA LOGARÍTMICA DAS DIFERENÇAS DE TEMPERATURAS
Um fluido dá um passe quando percorre uma vez o comprimento do trocador.
Aumentando-se o número de passes, para a mesma área transversal do
trocador, aumenta a velocidade do fluido e portanto o coeficiente de película,
com o consequente aumento da troca de calor. Porém, isto dificulta a construção

17. e limpeza e encarece o trocador. A notação utilizada para designar os números
de passes de cada fluido é exemplificada na figura.
Com relação ao tipo de escoamento relativo dos fluidos do casco e dos tubos,
ilustrados na figura, podemos ter escoamento em correntes paralelas (fluidos
escoam no mesmo sentido) e correntes opostas (fluidos escoam em sentidos
opostos).
O fluido quente (tubo central) entra à temperatura Tq,e e sai à temperatura
Tq,s. Por outro lado, o fluido frio (entre o tubo central e a carcaça) entra à
temperatura Tf,e e sai à temperatura Tf,s. O comprimento do trocador é L e a área
é A.
Para cada um destes casos de escoamento relativo à variação da
temperatura de cada um dos fluidos ao longo do comprimento do trocador pode
ser representada em gráfico,.
As diferenças de temperatura entre os fluidos nas extremidades do
trocador, para o caso de correntes paralelas, são : (Tq,e – Tf,e) e (Tq,s - Tf,s). No
caso de correntes opostas, as diferenças de temperatura nas extremidades
(Tq,e – Tf,s) e (Tq,s – Tf,e).
O fluxo de calor transferido entre os fluidos em um trocador é diretamente
proporcional à diferença de temperatura média entre os fluidos. No trocador de
calor de correntes opostas à diferença de temperatura entre os fluidos não varia
tanto, o que acarreta em uma diferença média maior. Como conseqüência,
mantidas as mesmas condições, o trocador de calor trabalhando em correntes
opostas é mais eficiente.

18. Como a variação de temperatura ao longo do trocador não é linear, para retratar
a diferença média de temperatura entre os fluidos é usada então a Média
Logarítmica das Diferenças de Temperatura (MLDT).
Desenvolvimento do cálculo de (MLDT):
No nosso estudo, iremos considerar uma área elementar dA, de troca de
calor em um trocador de correntes paralelas, e depois integrar os resultados por
toda a área.
Hipóteses:
 Regime permanente
 Calores específicos não são funções da temperatura (caso varie muito se
deve usar um valor médio)
 Escoamento totalmente desenvolvido (neste caso, o coef. Troca de calor
por convecção, h, e o coeficiente global, U, são constantes)
Para começar, vamos aplicar a primeira lei da termodinâmica para relacionar as
quantidades de troca de calor:
Do Fluxo Quente (FQ): qqpqq dTcmdq .. ,
 (3.11)
Do Fluxo Frio (FF): ffpff dTcmdq .. ,
 (3.12)
Invertendo as duas equações temos:
q
qpq
q dq
cm
dT .
1
,

 (3.13)

19. (1.5)
f
fpf
f dq
cm
dT .
1
,

 (3.14)
Como dqq = dqf são iguais podemos escrever que:
dq
cmcm
TTd
fpfqpq
fq









,,
11
)(

(3.15)
Entretanto, devemos lembrar que, por definição, o calor trocado pode ser escrito
como:
).(. fq TTdAUdq  (3.16)
onde U é o coeficiente global de troca de calor.
Substituindo (1.16) em (1.15) tem-se
).(..
11
)(
,,
fq
fpfqpq
fq TTdAU
cmcm
TTd 










(3.17)
Considerando as hipóteses feitas anteriormente, podemos separar as
variáveis e integrar a equação, desde A = 0 até A = A, obedecendo às
especificações:
Área Fluido Quente Fluido Frio Diferença
Entrada A = 0 Tq,e Tf,e Tq,e- Tf,e
Saída A = A Tq,s Tf,s Tq,s- Tf,s
Que resulta em:
AU
cmcmTT
TT
fpfqpqefeq
sfsq
..
11
ln
,,,,
,,



















 (3.18)
Lembrando as expressões da primeira lei da termodinâmica para cada
uma das correntes, temos que:

20. ).(. ,,, sqeqqpqq TTcmq   (3.19)
).(. ,,, efsffpff TTcmq   (3.20)
Entretanto, é claro que qq = qf , que chamaremos simplesmente de q. Assim
     qTTTT
cmcm
efsfsqeq
fpfqpq
/
11
,,,,
,,











(3.21)
Substituindo a equação (3.21) na equação (3.18), obtemos
     qAUTTTT
TT
TT
efsfsqeq
efeq
sfsq
/..ln ,,,,
,,
,,











(3.22)
Isolando-se o q, temos
   
    










efeqsfsq
efsfsqeq
TTTT
TTTT
AUq
,,,,
,,,,
/ln
.. (3.23)
Que é do tipo TAUq  .. . O termo entre chaves é conhecido como a diferença
média logarítmica de temperatura ou LMTD (do inglês Log Mean Temperature
Difference). Operando neste termo, podemos escrevê-lo de forma ligeiramente
diferente, mais usual:
 saídaentrada
saídaentrada
TT
TT
LMTD



/ln
(3.24)
Com as seguintes definições:
 efeqentrada TTT ,, 
 sfsqsaída TTT ,, 
Para um trocador de calor de correntes paralelas, a entrada é óbvia.
Entretanto, para trocadores de correntes opostas ou cruzadas, a situação é um

21. pouco mais complexa. Por isto, é comum alterarmos a definição acima para uma
outra:
 mínimamáxima
mínimamáxima
TT
TT
LMTD



/ln
(3.25)
4 CONDIÇÕES OPERACIONAIS E FATORES DE INFLUÊNCIA
De uma maneira geral, além do coeficiente de transferência de calor visto acima,
vários outros fatores influenciam no desempenho do trocador. Inclusive vários
desses fatores influenciam diretamente os coeficientes convectivos e as
resistências térmicas envolvidas.
4.1 Características dos fluidos
Quando se trata das características dos fluidos envolvidos no processo de troca
térmica, a condutibilidade térmica, a densidade, a viscosidade e o calor
específico são fatores altamente influenciáveis na eficiência dos trocadores de
calor. A maioria dessas propriedades, além de influenciar no desempenho do
dispositivo, são funções da temperatura, variando ao longo do processo. Todas
essas variáveis e variações devem ser levadas em conta e desprezadas apenas
quando forem realmente desnecessárias.
Além dessas propriedades, condições operacionais que influenciam na vida
útil do trocador e na segurança da operação também devem ser levadas em
conta. Corrosividade, toxicidade, inflamabilidade e abrasividade são fatores de
risco para a operação e os operadores, de forma que as medidas necessárias
devem ser tomadas para evitar danos.
4.2Temperaturas de operação
De acordo com cada processo que envolva determinado trocador de calor, as
temperaturas de operação e o tempo necessário para atingi-las devem ser
especificados. Materiais que aguentem grandes variações de temperatura
devem ser utilizados em processos muito rápidos, além de que os fluidos possam
receber quantidades de calor sem perder características necessárias ao
processo. Mudanças de fase devem ser levadas em conta, para substâncias
puras e misturas, para que as temperaturas sejam realmente atingidas.

22. 4.3Pressões de operação
Na maioria das vezes quando há gases em processo a pressão é fator
extremamente importante na troca térmica. Altas pressões podem acarretar em
danos ao equipamento e perigoso de explosões e vazamentos, enquanto que
pressões muito baixas podem diminuir consideravelmente a troca térmica
efetiva.
4.4Velocidade de escoamento
A velocidade de escoamento no trocador de calor tem efeito no coeficiente global
de transferência de calor, pois quanto maior a turbulência mais efetiva será a
troca térmica. Entretanto, cotovelos podem causar grandes perdas de carga,
erosões ou depósitos de sujeira na tubulação. Um valor razoável de velocidade
deve ser obtido para cada tipo de processo, de modo a otimizar a troca térmica.
De todos esses fatores, ressaltamos as perdas de carga, problemas de
incrustações, entre outros fatores que devem ser estipulados de uma maneira
eficiente para o processo, minimizando perdas e consumo energético, além da
vida útil do equipamento. Conhecer o processo e seus fatores de influência é
imprescindível para os processos que envolvam as trocas de calor entre fluidos.
5 MONITORAMENTO E MANUTENÇÃO
Para que o trocador continue operando nas condições necessárias ao processo
o seu monitoramento deve ser efetuado continuamente. Métodos de
condutividade ou gás hélio podem confirmar a integridade das placas ou tubos
para prevenir contaminações e condições das juntas do trocador.
A monitoração das condições dos tubos pode ser conduzida através de
ensaios não destrutivos, que são testes que não comprometem as propriedades
físicas, químicas, mecânicas ou dimensionais e os mecanismos de fluxo de água
e depósitos são frequentemente simulados por fluidodinâmica computacional.
5.2 Incrustações
Como dito anteriormente, as incrustações são um problema sério na vida útil
e no desempenho do trocador de calor ao longo do tempo. Águas doces pouco
tratadas são frequentemente usadas como água de resfriamento, o que resulta

23. em detritos biológicos entrando no trocador e produzindo camadas, dificultando
a troca térmica. Outro problema é o chamado tártaro, que é composto de
camadas depositadas de compostos químicos, como carbonato de cálcio ou
carbonato de magnésio.
Para todos esses problemas de incrustações, existem os métodos de
aplicação de biocidas e produtos químicos em geral, com a devida consciência
de não utilizar produtos que acelerem a corrosão ou que sejam muito tóxicos
para o processo. Existem ainda mecanismos de monitoramento contínuo tal
como o sensor Neosens, que mede tanto a espessura das incrustações,
temperatura e permite aperfeiçoar a utilização de produtos químicos.
5.3 Manutenção
Um dos métodos principais de evitar as incrustações citadas acima é fazer a
devida limpeza e manutenção do trocador ao longo do tempo de uso. Os
trocadores de calor precisam ser desmontados e limpos periodicamente, por
métodos de limpeza ácida, jateamento e/ou jatos de água de alta pressão.
Os sistemas de refrigeração de água para trocadores de calor, tratamento de
água tal como purificação, a adição de produtos químicos e testes, são usados
para minimizar as sujeiras presentes ao longo do tempo. Outros tratamentos de
água também são usados em sistemas de vapor para usinas de energia, por
exemplo, para minimizar a incrustação e corrosão dos componentes dos
trocadores de calor.
6 APLICAÇÕES
É praticamente impossível que em uma indústria não haja a utilização do calor
em determinado processo, e é nesse ponto em que os trocadores de calor
desempenham necessidades. Até aqui vimos os seus tipos, critérios e
características e o seu princípio de funcionamento, de forma a estarmos aptos a
entender as aplicações industriais dos trocadores de calor.
Podemos imaginar uma infinidade de aplicações para este dispositivo, a
transferência otimizada e a conservação de energia sob a forma de calor é um
desafio constante, trocadores de calor mais eficientes e mais baratos já é uma

24. grande necessidade. Trocar e utilizar o máximo de calor possível sem perdas é
o maior objetivo das aplicações citadas a seguir.
6.2Caldeiras
As caldeiras são grandes tanques de calor, onde um líquido pressurizado
receber calor e vaporiza, de modo a ser utilizado em vários outros equipamentos
e processos na indústria, grande maioria no uso do vapor para ceder calor a
determinados locais.
A fonte de calor das caldeiras é a queima de alguma substância combustível,
geralmente carvão ou madeira, e em poucas ocasiões o petróleo ou gás natural.
Existem também as caldeira para usos restritos, onde a maioria são elétricas,
consumindo grandes quantidades de energia elétrica.
A maioria dos modelos de caldeira aquecem a água pressurizada até a
condição de vapor saturado, entretanto existem as que produzem vapor
superaquecido, entretanto não muito recomendáveis devido à grande
temperatura de exaustão do combustível utilizado, diminuindo a eficiência global
da planta.
Figura 6.2 – Princípio de funcionamento de uma caldeira. A água é alimentada por tubos
e na saída o vapor é liberado (azul). Os gases quentes oriundos da queima saem por
outra tubulação (amarelo).
6.3Evaporadores
Existem diversos tipos de evaporadores, onde feixes de tubos promovem a
retirada ou a adição de calor a determinado local. Na refrigeração o evaporador

25. geralmente é uma caixa onde um fluido refrigerante remove calor da mesma e
libera em outra extremidade. Evaporadores de concentração de soluções
promovem o aumento da concentração de determinadas soluções pela adição
de calor latente adicionado por tubulações de vapor geralmente oriundas da
caldeira.
Figura 6.3 – Evaporador utilizado na concentração de soluções.
6.4Recuperadores de calor
É um tipo de trocador de calor comumente utilizado para aproveitar o calor
gerado por gases quentes, como os gases produtos das queimas em caldeiras
e outros equipamentos, diminuindo o gasto energético com aquecimento. O
termo recuperador refere-se também para trocadores de calor em
contracorrente líquido-líquido usado em indústrias químicas e refinarias e em
processos fechados.
Figura 6.4 – Recuperador de calor industrial.

26. 7 CONCLUSÃO
Os trocadores de calor não apenas realizam trocas térmicas, mas também são
responsáveis pelo melhor aproveitamento energético nas indústrias. Um
trocador bem projetado e adequadamento dimensionado para a sua operação,
e com manutenção em dia, é capaz de realizar um processo de troca térmica
mais eficiente, e, portanto, mais atrativo do ponto de vista econômico. Assim
aumenta-se a competitividade do produto final.
Além disso, do ponto de vista ambiental, o uso de trocadores de calor favorece
o meio ambiente no momento em que se evita o descarte de fluidos em
temperaturas elevadas ou então quando possibilita o reaproveitamento desse
mesmo fluido para algum outro processo na indústria.