O que é um Trocador de Calor

trocador
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. Em muitos textos em inglês é abreviado para HX (heat exchanger).
Um exemplo comum de trocador de calor é o radiador em um carro, no qual a fonte de calor, a água, sendo um fluido quente de refrigeração do motor, transfere calor para o ar fluindo através do radiador (i.e. o meio de transferência de calor). Em outras aplicações 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) 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.
A eficiência de um trocador de calor depende principalmente:
  • Do material utilizado para construção;
  • Da característica geométrica;
  • 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 trocadores de Calor Podem ser:
  • Trocador de calor casco e tubo;
  • Trocador de calor de placas;
  • Trocador de calor circular adiabático;
  • Trocador de calor de placas aletadas;
  • Trocadores de calor fluidos;
  • Unidades de recuperação de calor de resíduos;
  • Trocador de calor de superfície raspada dinâmico;
  • Trocadores de calor de mudança de fase.
Devido às muitas variáveis envolvidas, a seleção ótima de um trocador de calor é desafiante. Cálculos manuais são possíveis, mas muitas interações são tipicamente necessárias. Assim, trocadores de calor são mais frequentemente selecionados através de programas de computador, que por projetistas de sistemas, que são tipicamente engenheiros, ou pelos fornecedores de equipamentos.
De maneira a selecionar um trocador de calor apropriado, os projetistas de sistemas (ou fornecedores dos equipamentos) em primeiro lugar consideram as limitações de projeto para cada tipo de trocador de calor. Embora o custo seja muitas vezes o primeiro critério avaliado, há vários outros importantes critérios de seleção que incluem:
  • Limite de alta e baixa pressão;
  • Performance térmica;
  • Faixas de temperatura;
  • O conjunto de produtos (líquido/líquido, líquidos com particulados ou alto teor de sólidos);
  • Queda de pressão ao longo do trocador;
  • Capacidade de fluxo de fluido;
  • Características de limpeza, manutenção e reparo;
  • Materiais requeridos para construção;
  • Capacidade e facilidade de futura expansão.
A escolha do trocador de calor correto requer algum conhecimento de diferentes tipos de trocadores de calor, assim como o ambiente no qual a unidade irá operar. Tipicamente na indústria de manufatura, diversos tipos diferentes de trocadores de calor são usados para apenas um processo ou sistema para obter-se o produto final. Por exemplo, um trocador de calor kettle para pré-aquecimento, um trocador de tubo duplo para o fluido transportador e um trocador placa e quadro para resfriamento. Com suficiente conhecimento de tipos de trocadores de calor e requerimentos de operação, uma seleção apropriada pode ser feita para otimizar-se o processo.

No que consiste a tecnologia VRV?

 daikin
O VRV (Volume de Refrigerante Variável) ou VRF (do inglês Variable Refrigerante Flow) é uma tecnologia de ar condicionado inventada no Japão pela empresa Daikin em 1982. Os VRVs utilizam o gás refrigerante como o para realizar o aquecimento e/ou resfriamento. Este refrigerante é condicionado por uma única unidade condensadora externa e é distribuído no interior do edifício em múltiplas unidades Fancoil (FCU).

VRVs são normalmente instalados com um ar condicionado tipo Inverter, que adiciona um variador de frequência no compressor para criar uma variação de velocidade no motor do compressor e, portanto, no fluxo de gás refrigerante em vez de simplesmente ligar/desligar o motor do mesmo. Ao operar em velocidades diferentes, unidades VRV trabalham somente o quanto for necessário, permitindo economia substancial de energia em condições de carga parcial. A tecnologia implementada na troca de calor em um sistema VRV permite a unidades interiores individuais aquecer ou esfriar, se necessário, enquanto o compressor se beneficia da troca de calor interno. A economia de energia pode ser de até 55% em comparação a um equipamento Split convencional. Isto também resulta em maior controle da temperatura interior do edifício pelos ocupantes do edifício.

VRVs vêm em dois formatos de sistema, tubulação de dois e três tubos. Em um sistema de tubulação de 2 tubos todos os ambientes devem estar, simultaneamente, em modo de refrigeração ou em aquecimento. Os sistemas que trabalham com Heat Recovery (HR, ou MHR) têm a capacidade de aquecer simultaneamente certos ambientes enquanto refrigera outros. Isto é feito geralmente através de um design de 3 tubos, com exceção da Mitsubishi que é capaz de fazer isso com 2 tubos. Neste caso o calor extraído de zonas que exigem refrigeração é colocado em uso nas zonas que requerem aquecimento. Isto foi possível porque a unidade de aquecimento está funcionando como um condensador, fornecendo ‘líquido líquida sub resfriado de volta para a linha que está sendo usada para o resfriamento. Enquanto o sistema de recuperação de calor tem um maior custo inicial, permite melhor zoneado controle térmico de um edifício e em geral maior eficiência.

Integração de automação para casa

Hoje, existem gateways dedicados que conectam VRFs com domótica e controladores de BMS (Building Management Systems) para monitoramento e controle centralizado. Estes sistemas são capazes de fornecer controle total do sistema de Ar Condicionado através da Internet com uma interface amigável e de fácil utilização.