Trocadores de Calor: Classificação e Funções

Sistemas Térmicos Operações Unitárias Trocadores de calor Equipamentos onde dois fluidos com temperaturas diferentes trocam calor através de uma interface Ausência de chamas Atender às necessidades do processo Reaproveitamento de energia Definição Classificação Função Tipo de construção Classificação Função Aquecedor Préaquecedor Permutador Refervedor Condensador Superaquecedor Construção Cascoetubos Bitubular Trocador de placas Tipo Ljungstrom Baioneta Classificação Aquecedor ou préaquecedor Aquece um fluido de processo recebendo calor de outro fluido quente disponível Pode haver ou não condensação do fluido quente Condensador Condensa vapores de topo da coluna de destilação ou vapor dágua exausto de turbinas cedendo calor para água ou ar Classificação Gerador de vapor Gera vapor dágua Quando o meio de aquecimento é um gás ou um líquido quente produzido em uma reação química o gerador de vapor recebe o nome de caldeira recuperadora Permutador Troca calor entre dois fluidos de processo com diferentes temperaturas Classificação Refervedor reboiler Fornece o calor necessário à destilação através da troca no fundo da coluna Refrigerador Diminui a temperatura do fluido abaixo da temperatura que seria conseguida com utilização de água Classificação Resfriador Diminui a temperatura do fluido de processo com a utilização de água ou ar Superaquecedor Aquece o vapor à temperaturas acima da temperatura de saturação Trocador Bitubular Dois tubos concêntricos Este é talvez o mais simples de todos os tipos de trocador de calor pela fácil manutenção envolvida Geralmente o tubo interno é aletado É geralmente usado em aplicações de pequenas capacidades Trocador Bitubular Variação de Temperaturas Trocadores de placas Placas dispostas paralelamente confeccionadas em material mais nobre aço inox Ti Ni e ligas etc Não suporta pressões muito altas comparado ao trocador tubular As placas possuem corrugações para provocar turbulência no fluido httpswwwyoutubecomwatchvbk2psGBRG4 Trocadores de placas httpswwwyoutubecomwatchvbk2psGBRG4 Área máxima 2500 m² Pressões de projeto até 35 kgfcm² Temperatura de projeto 35 a 180 ºC gaxeta de borracha 20 a 220 ºC gaxeta de grafite httpswwwyoutubecomwatchvbk2psGBRG4 Sistemas de orings Utilizados quando há uma grande diferença de temperatura entre dois fluidos Cada tubo é composto na verdade de dois tubos concêntricos dos quais apenas o exterior é suportado Trocador baioneta Trocador Ljungstrom Trocador Ljungstrom Trocador Casco e Tubo Sua utilização permite o aquecimento de um fluido fluido frio para atender a condições de processo através do resfriamento de outro fluido fluido quente existente no mesmo processo Trocador de Calor Casco e Tubo Trocador de calor casco e tubo Vantagens Ampla área de troca térmica em relação ao volume do equipamento Permite construção em diversos tamanhos É mecanicamente resistente a tensões originadas na fabricação transporte e operação Vantagens Limpeza razoavelmente simples Componentes danificados podem ser trocados Aumento da temperatura do fluido frio sem a necessidade da queima de combustível Evitase que a energia contida em um fluido já processado seja desperdiçada para o meio ambiente Trocador cascoetubos Feixe de tubos Feixe de tubos Tubos Demais acessórios Chicanas Espelhos Feixe de tubos Tubos Os tubos lisos são os mais comuns Tubos aletados são requeridos quando a troca térmica é limitada Os tubos lisos possuem comprimentos máximo de 24ft encontrase 40 ft em aço carbono e 70 ft em ligas de cobre Diâmetros padronizados tubos lisos ¾ 1 1 ¼ e 1 ½ Comprimentos padrões TEMA 810 12 16 e 20 ft São classificados pelo diâmetro externo e pelo BWG Associação Americana de Fabricantes de trocadores de Calor TEMA Tubular Exchangers Manufacturers Association httpkbcdcotemaorg Feixe de tubos Espelho fixo O feixe de tubos é soldado ao casco Espelho flutuante Apenas um dos espelhos é preso ao casco Tubo em U Os tubos são confeccionados em formato de U e são presos apenas por um espelho soldado ao casco Espelhos Feixe de tubos Chicanas São placas colocadas transversalmente ao feixe Evita flexão dos tubos Aumenta a turbulência do fluido do casco por diminuição de área de escoamento Evita a formação de caminhos preferenciais Arranjo das passagens do fluido pelo lado dos tubos Fonte Equipamentos de Troca Térmica Mustafa 2009 Duas passagens pelo lado dos tubos Quatro passagens pelo lado dos tubos Seis passagens pelo lado dos tubos Os defletores fixados no cabeçote organizam a passagem dos fluidos pelos tubos Arranjo das passagens do fluido pelo lado dos tubos Os defletores fixados no cabeçote organizam a passagem dos fluidos pelos tubos Fonte Equipamentos de Troca Térmica Mustafa 2009 Oito passagens pelo lado dos tubos Arranjo dos Tubos nos Espelhos O arranjo dos tubos precisa ter o máximo de tubos em uma secção transversal Devese entretanto manter certa distância entre os centros dos tubos para prover espaço suficiente para o escoamento do fluido no casco Arranjo dos Tubos nos Espelhos Quadrado Menos eficiente em termos de troca térmica Uma menor perda de pressão Facilita a limpeza Triangular Maior número de tubos Maior eficiência de troca térmica Mais difícil de limpar Arranjo dos Tubos nos Espelhos Passo triangular Quando o fluido do casco é limpo Fator de sujeira 0002 hft²Fbtu Maior coeficiente de película Maior perda de carga Acomoda maior número de tubos Passo quadrado Permite limpeza mecânica externa Menor coeficiente de película Aumenta a turbulência para arranjo de 45 Passo quadrado Passo triangular Arranjo dos Tubos nos Espelhos Feixe de Tubos Quebrajato 1500 lbfts para fluidos não abrasivos e não corrosivos 500 lbfts para todos os outros casos A TEMA regulamenta o uso de quebrajato quando Placa colocada sobre o feixe de tubos no bocal de entrada com intuito de evitar o contato direto da entrada do fluido com os tubos evitando a erosão dos mesmos A velocidade não deve ultrapassar em nenhum momento 400 lbfts ρ x v² Classificação TEMA Classe R trocadores para condições severas em indústria de petróleo co ênfase na durabilidade e segurança Casse C trocadores para condições moderadas em aplicações gerais para processos com exigências moderadas de segurança com ênfase em economia Classe B trocadores para indústrias de processos químicos equivalente à classe R nas exigências de projeto de construção mas mais próxima a classe C com repeito à espessuras mínimas e limitas para corrosão Classificação TEMA De acordo com o cabeçote principal B tampa integrada utilizando quando há pouco incrustação devido a necessidade de desmontagem das conexões da tubulação de processo para acesso aos tubos A tampa removível é o cabeçote mais utilizado em trocadores de calor do tipo casco e tubos Permite acesso aos tubos sem desmontar as conexões da tubulação de processos C tampa removível com carretel acoplado ao espelho somente para feixes removíveis Classificação TEMA De acordo com o cabeçote principal D construção especial para altas pressões N tampa removível e feixe fixo Classificação TEMA De acordo com o casco F uma chincana longitudinal possibilitando duas passagens para o fluido no lado do casco É indicado para substituição da necessidade de dois cascos em série Possui uma perda de carga até 8x maior que o tipo E e como desvantagem pode ser destacado o potencial de vazamento entre a chicana e o casco que reduz a eficiência do trocador de calor E uma passagem geralmente mais utilizado Apresenta uma única passagem no casco e localização dos bocais de entrada e saída em extremidades opostas do trocador Classificação TEMA De acordo com o casco G escoamento dividido também chamado de splitflow possui uma chicana longitudinal e bocais de entrada e saída no meio do trocador Maior eficiência que o trocador E com perda de carga similar Pode ser utilizado como refervedor ou condensador H escoamento dividido duplamente similar ao G com dois bocais de entrada e de saída J um bocal de entrada e dois de saída perda de carga menor que E utilizados em condensação e resfriação de gases Classificação TEMA De acordo com o casco G escoamento dividido também chamado de splitflow possui uma chicana longitudinal e bocais de entrada e saída no meio do trocador Maior eficiência que o trocador E com perda de carga similar Pode ser utilizado como refervedor ou condensador H escoamento dividido duplamente similar ao G com dois bocais de entrada e de saída J um bocal de entrada e dois de saída perda de carga menor que E utilizados em condensação e resfriação de gases X sem presença de chincanas com perda de carga baixa Classificação TEMA Cabeçote posterior