Trabalho trocadores de calor-

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trocadores de calor uma abordagem clara e precisa

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Trabalho trocadores de calor-

  1. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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.

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