O que é um Trocador de Calor
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.