Troca Térmica e Trocadores de Calor na Indústria de Alimentos - Guia Completo

Troca Térmica e Trocadores de Calor Operações Unitárias 2 Engenharia de Alimentos Profa Kelly T Catelam IFSP Matão TROCA TÉRMICA Processo clássico após envase Processo asséptico antes do envase Processo direto injeção de vapor Processo indireto trocadores de calor TC Processo direto spray dryer Trocadores de Calor Equipamentos extremamente importantes na indústria de alimentos Usados para Aquecimento Resfriamento Tipos de construção mais comuns Tubo duplo ou tubos concêntricos Tubos e carcaça Placas Tipos de corrente arranjo de escoamento Paralelacocorrente Contracorrente Correntes cruzadas Disposição das correntes dos fluidos Correntes paralelas ou cocorrente Contracorrente Correntes cruzadas Tipo de construção Tubos concêntricos Carcaça e tubos ou casca e tubos Placas Trocador de Tubo Duplo É o tipo mais simples de trocador de calor Um fluido escoa dentro do tubo e outro fluido no espaço anular entre as duas tubulações Os fluidos podem estar em cocorrente ou contracorrente É principalmente usado para pequenas vazões Trocador de Tubos e Carcaça Trocador de Tubos e Carcaça Envolve maiores vazões É o mais importante tipo de trocador usado em processos industriais Os tubos são arranjados em um feixe por onde escoa um fluido e um segundo fluido escoa do lado de fora dos tubos São usados para aplicações com altas pressões maiores que 30 bar a temperaturas maiores que 260 C devido a serem robustos em função da sua forma Trocador de Tubos e Carcaça Junta de Vedação Bocal Bocal Espelho Feixe de Tubos Espelho Casco ChicanasDefletores Suporte de Fixação Cabeçote Saída dos tubos Entrada do casco Chicanas Saída do casco Entrada dos tubos Carcaça Tubo Tfs Tqe Tqs Tfe Trocador de tubos e carcaça múltiplos passes O aumento do número de vezes em que o fluido de trabalho que escoa no interior dos tubos transita através do trocador é feito para aumentar a taxa de transferência de calor e consequentemente reduzir o tamanho do equipamento Para um dado fluxo mássico aumenta o número de Reynolds e consequentemente o coeficiente de transferência de calor fluidotubo Por outro lado aumenta também a perda de carga através do trocador o que irá requerer maior potência de bombeamento Trocador de tubos e carcaça múltiplos passes 1 passe na carcaça e 1 passe nos tubos contracorrente O fluido frio escoa dentro dos tubos em paralelo em um único passe O fluido quente entra por outra extremidade e escoa em contracorrente na carcaça Defletores são usados de modo a causar uma turbulência devido ao escoamento cruzado aumentando o coeficiente de transferência de calor na carcaça Fluido quente Fluido frio 1 passe na carcaça e 2 passes nos tubos O fluido no tubo escoa em 2 passes e o fluido na carcaça em 1 passe No primeiro passe do tubo o fluido frio está escoando em contracorrente com o fluido quente da carcaça e no segundo passe nos tubos o fluido frio escoa em paralelo concorrente com o fluido quente Trocador de tubos e carcaça múltiplos passes 2 passes na carcaça e 4 passes nos tubos Trocador de tubos e carcaça múltiplos passes Trocador de Calor a Placas Trocador de Calor a Placas Na indústria de alimentos e química o trocador de calor compacto mais utilizado é o trocador de calor de placas As placas são seladas nas extremidades por gaxetas ou juntas de material elastomérico Compostas por 3 a 700 placas dependendo da capacidade da estrutura As placas possuem espessura fina 04 a 08 mm e o espaço entre as duas placas pode ter uma espessura de 15 a 5 mm São normalmente de aço inoxidável as gaxetas de elastômeros borrachas butílicas e nitrílicas o amianto pode ser usado ao trabalhar com temp 150 C Trocador de Calor a Placas Têm uma grande área de troca térmica A placa é corrugada ondulada para promover turbulência levando a um alto coeficiente de transferência de calor aumentar a área de contato e dar rigidez mecânica para suportar pressões elevadas A turbulência reduz a formação de incrustações pois mantém os sólidos em suspensão Os fatores de incrustação para os TCP são aproximadamente dez vezes menores daqueles adotados para os trocadores cascoetubos Trocador de Calor a Placas vantagens É possível limpar e inspecionar as partes em contato com os fluidos Permitem bom controle da temperatura São desmontáveis e flexíveis adicionando ou removendo placas eles podem ser redimensionados para novas condições de processo Compactos e econômicos espaço para instalação é reduzido Alta eficiência térmica obtémse diferenças de até 1C entre os fluidos Fácil localização de vazamentos nas gaxetas as gaxetas com respiros impedindo que os fluidos se misturem no caso de falhas Trocador de Calor a Placas desvantagens Limitações pelo uso intensivo de gaxetas Pressões que 15 MPa ocasionam vazamentos nas gaxetas Para temperaturas que 150C usamse gaxetas especiais material elastomérico não suporta tal condição Com as placas corrugadas e o pequeno espaço de escoamento entre elas a perda de carga por atrito é alta elevação dos custos de bombeamento Referências bibliográficas TADINI C C et al Operações Unitárias Na Indústria De Alimentos V 1 LTC 2017 TOSI ML Aula 3 Trocadores de calor dimensionamento de trocador bitubular e tubo e carcaça FZEAUSP 2018 VILLAVELEZ Aula Trocadores de calor Princípios Equipamentos e características principais COEQCCETUFMA 2020 OBRIGADA