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Trocador de calor

Trocador de calor

Na engenharia de um trocador de calor (ou simplesmente um trocador) é um aparelho em que a energia térmica é trocada entre dois fluidos que têm temperaturas diferentes.

Do ponto de vista termodinâmico, os trocadores de calor podem ser assimilados a sistemas abertos que funcionam sem a troca de trabalho; em outras palavras, eles trocam matéria e calor com o exterior, mas não trocam de emprego.

Na indústria de permutador de calor solar térmico é utilizado para transferir o calor capturado pela radiação solar é de fluido que flui através dos colectores solares para um outro fluido. Esse outro fluido é aquele que circulará pelo sistema de aquecimento ou será armazenado diretamente em um acumulador.

Embora sejam amplamente utilizados na indústria para controlar a temperatura do processo, muitos exemplos de trocadores de calor são encontrados na vida cotidiana. Alguns exemplos de trocadores de calor comuns são o radiador do carro e o aquecedor para aquecimento doméstico.

Classificação de trocadores de calor

Existem diferentes critérios de classificação para trocadores de calor com base em diferentes características.

Classificação por contato entre fluxos

Dependendo do modo de contato entre as duas correntes, os trocadores de calor podem ser:

  • em contato direto: se as interfaces dos fluidos que trocam calor estiverem em contato direto umas com as outras; As duas correntes trocam energia térmica e matéria, isto é, não são separadas por paredes;
  • em contato indireto: se os fluidos não estiverem em contato direto um com o outro; essa possibilidade ocorre, por exemplo, no caso de trocadores de superfície, em que os dois fluidos são separados por uma superfície que é atravessada pelo fluxo de calor.

Na grande maioria dos casos, corpos frios e quentes que circulam dentro de um trocador de calor são fluidos (ou seja, em líquido, gás ou vapor).

Classificação de trocadores de calor de superfície por modelo de construção

Dependendo da geometria do trocador, ele pode ser definido (citando apenas os casos principais):

Trocadores de calor tubulares

  • Trocador de calor de tubo duplo (ou "tubos concêntricos"): os fluidos fluem em dois tubos coaxiais, um interno (tubo ou tubo) e outro externo (anel ou camisa).
  • Trocador de calor de casco e tubo: um dos fluidos passa pelo interior dos tubos (geralmente com uma seção circular) e o outro pela parte externa dos tubos, em uma câmara especialmente projetada (alojamento).
  • Permutador de calor de trombone (ou permutador de calor por gotejamento): consiste num tubo helicoidal ou serpentina no interior do qual flui o fluido do processo que é arrefecido através de uma película de água que escorre por cima.
  • Trocador de calor de superfície raspada: os tubos desses trocadores possuem lâminas rotativas no interior que descartam a superfície interna do tubo;
  • Permutador de calor de superfície submersa. Bobina para aquecimento ou resfriamento de fluidos.
  • Tubos no interior dos fornos: os tubos são aquecidos por irradiação e trocam calor com as correntes que passam por eles.
  • Trocador de calor de placas: os dois fluidos se sobrepõem aos lados opostos de uma folha em câmaras alternadas e isoladas. A geometria desses trocadores é semelhante à prensa de filtro. Um caso especial é o permutador de obrigações, no qual os canais de um lado são internos de uma folha monobloco, enquanto no outro lado existe um fluido, geralmente estacionário.
  • Trocador espiral: os dois fluidos passam para os lados opostos de uma folha, geralmente lisa, em câmaras únicas e longas, enroladas em espiral.
  • Grafite ou outro permutador de material: as correntes circulam em orifícios cilíndricos, geralmente dispostos ortogonalmente em ambos os lados; Trocadores de calor de superfície expandida.
  • Equipamento encamisado.
  • Tipo regenerativo: as correntes são enviadas alternadamente dentro de uma câmara de tijolo inerte (regenerador Cowper) ou, em particular, unidades rotativas em chapa (permutador Ljungström).

Trocadores de calor de placas

Classificação por compacidade

A "compactação" de um trocador de calor é representada pela "densidade da área superficial" (expressa em m 2 / m 3 ), que é igual à razão entre a área da superfície de troca e o volume do trocador de calor . aquecer

No caso em que a troca de calor ocorre entre um gás e outro fluido, dependendo do valor de densidade da área de superfície, os trocadores são divididos em:

  • Permutadores de calor compactos: com uma densidade de área superficial superior a 700 m 2 / m 3 ;
  • Permutadores não compactos: uma densidade de área de superfície inferior a 700 m 2 / m 3 .

No caso de a troca ocorrer entre dois líquidos ou se estiver associada a uma mudança de fase, definimos:

  • Trocadores de calor compactos: com densidade de área superficial superior a 400 m 2 / m 3 ;
  • Permutadores de calor não compactos: com uma densidade de área superficial inferior a 400 m 2/ m 3 .

Classificação de trocadores termodinâmicos por tipo de processo

Dependendo do processo para o qual eles são usados, os trocadores podem ser de um tipo sensível (somente troca de calor sensível), refrigerador (um fluido de processo é resfriado através de um fluido de serviço, aquecedor (um fluido de processo é aquecido por um fluido de serviço), superaquecedor, caldeira (um líquido é fervido), evaporador, condensador (um aeriforme é condensado), coletor.

Algumas vezes o termo "Permutador de calor" é utilizado com um sentido mais estreito, referindo-se o caso específico em que a finalidade do equipamento é o intercâmbio termodinâmico entre dois fluidos de processo, é chamado "mais frio" e "aquecedor" quando um dos duas correntes que consiste de um fluido de operação, de modo que o efeito é para refrigerar ou aquecer um fluido de processo.

Classificação por perfil térmico

Perfis de temperatura para troca de contracorrente e troca na mesma corrente.

A maioria dos processos de troca de calor termodinâmicos não é isotérmica, isto é, eles ocorrem a uma temperatura variável. Em outras palavras, um corpo entra em uma temperatura baixa e aquece. O outro entra em alta temperatura e esfria. Nos casos mais simples, a troca térmica entre os dois fluidos pode ocorrer principalmente de três maneiras:

  • Equitativa troca atual: fluidos se movem em caminhos paralelos ao longo da mesma linha.
  • Troca contracorrente: fluidos se movem em caminhos paralelos, mas em direções opostas.
  • Troca de corrente cruzada: os fluidos se movem ao longo de caminhos ortogonais.

Somente no caso de troca de contra-corrente, a temperatura de saída do fluido frio pode ser maior que a temperatura de saída do fluido quente. Em caso de troca de corrente igual, as temperaturas dos dois fluidos são reunidos durante a passagem do permutador de calor e, em teoria, ser o mesmo valor (igual à temperatura de equilíbrio dos dois fluidos) se A superfície da troca tem uma área infinita: esta é obviamente uma condição limitante, inatingível na prática.

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Última revisão: 13 de fevereiro de 2019

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