Um trocador de calor é um dispositivo técnico no qual a troca de calor ocorre entre dois meios que possuem temperaturas diferentes.
Como funciona um trocador de calor?
A forma como um trocador de calor funciona depende do tipo de trocador. No entanto, o princípio de operação é o mesmo.
O trocador possui duas entradas e duas saídas, através das quais dois fluidos entram e saem em diferentes temperaturas. Ambos os fluidos entram em contato com uma superfície com alta transferência de calor, cada um por um lado, sem se misturar.
O fluido mais quente libera calor para a superfície, elevando a temperatura e sua energia interna. Ao mesmo tempo, a superfície cede essa energia térmica ao fluido frio na forma de calor.
Qual é a lei da troca de calor?
A lei da troca de calor é o conjunto das leis da termodinâmica que regulam a transferência de calor entre dois elementos:
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Se tivermos dois elementos em uma temperatura diferente que estão em contato com outro elemento. A energia passará de um elemento para outro até que todos os três tenham a mesma temperatura (primeira lei da termodinâmica).
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O calor só pode fluir de um elemento quente para um mais frio (segunda lei da termodinâmica).
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A taxa de transferência de calor é proporcional à diferença de temperatura.
Tipos de trocadores de calor
Dependendo do projeto dos trocadores, os principais tipos são:
1. Trocador de calor de tubo duplo (ou "tubos concêntricos")
Os fluidos fluem em dois tubos coaxiais, um interno e outro externo. Nesse trocador, o fluido com temperatura mais alta flui pelo conduíte interno, liberando calor para o fluido com temperatura mais baixa que flui ao seu redor. Eles também são conhecidos como trocadores encamisados.
2. Trocador de calor de casco e tubo
No trocador casco e tubo, um dos fluidos passa pelo interior e o outro pelo exterior dos tubos, em uma câmara especialmente desenhada (casco ou casco).
3. Trocador de calor helicoidal
Consiste em um tubo helicoidal ou em forma de serpentina por onde passa o fluido do processo, que é resfriado por uma película de água que goteja de cima.
4. Trocadores de calor de placas
Os trocadores de calor de placas são constituídos por um conjunto de placas em que os fluidos fluem em canais alternados, contra a corrente.
Um caso particular é o trocador de calor a placas com vedação. Nesse tipo de trocador, as placas têm os canais vedados com gaxetas elastoméricas e o fluxo flui para canais alternativos. O pacote de placas é montado entre uma estrutura e uma placa de pressão aparafusada.
5. Trocador em espiral
os dois fluidos passam para os lados opostos de uma folha, geralmente lisa, em câmaras únicas de grande comprimento, enroladas em espiral.
6. Trocador de grafite ou outro material
As correntes circulam em orifícios cilíndricos, geralmente dispostos ortogonalmente nos dois lados; trocadores de superfície estendidos.
Outros tipos de trocadores de calor
Existem outras classificações de trocadores:
De acordo com a direção do fluxo
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Fluxo paralelo: fluidos quentes e frios fluem na mesma direção.
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Contrafluxo: os fluidos entram em extremidades diferentes e circulam na mesma direção, mas em direções opostas. Nesse caso, a recuperação de calor é muito mais eficiente do que em fluxo paralelo.
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Fluxo cruzado: os fluidos fluem através de um feixe de tubos perpendiculares uns aos outros.
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Passagem única: neste tipo de trocador, o fluido só troca calor uma vez. Às vezes, a transferência de energia térmica não é suficiente e dois ou mais trocadores são combinados em série.
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Múltiplas etapas: os fluidos trocam calor mais vezes.
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Regenerativo e não regenerativo: se o mesmo fluido é usado ou não.
De acordo com o tipo de contato
Dependendo de como os fluidos interagem, podemos distinguir os seguintes trocadores de calor:
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Contato direto: as interfaces dos fluidos trocadores de calor estão em contato direto entre si.
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Contato indireto: as interfaces de fluido são separadas por uma superfície que transmite calor.
Exemplos de uso de trocadores de calor
Os trocadores de calor são utilizados nos processos tecnológicos das indústrias de refino de petróleo, petroquímica, química, energia nuclear, refrigeração, gás e outras.
Em instalações de energia solar, o trocador de calor é usado para transferir o calor captado pela radiação solar para outro fluido de trabalho. A energia solar térmica pode ser usada para fornecer energia térmica em um sistema de aquecimento e em usinas de energia solar térmica.
Outros exemplos de trocadores de calor comuns são o radiador de carro e o aquecedor para aquecimento doméstico.