Transferencia de calor - trocador de calor

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  • Publicado : 7 de novembro de 2011
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Condições de Processo num Trocador de Calor



Tah Wun Song
(EPUSP-E.E. Mauá)



1. Introdução

Um trocador de calor é um equipamento onde ocorre uma troca térmica entre dois fluidos, normalmente separados por uma parede. Há diversos tipos construtivos, dentre os quais, um dos mais usados industrialmente é o de feixe tubular, constituído por um conjunto de tubos envolto por um casco.Um dos fluidos circula no interior dos tubos e o outro fluido escoa no lado externo. No presente artigo, serão apresentadas algumas considerações a respeito das condições de processo nesse trocador de calor.

As variáveis envolvidas são muitas e quase sempre interdependentes. O engenheiro que vai projetar um trocador de calor novo ou avaliar o desempenho de um trocador já em operação precisaconhecer bem essas variáveis. Muito desse conhecimento depende do bom senso e da experiência profissional. As considerações a seguir visam identificar os problemas mais freqüentes e formular algumas soluções razoáveis. O importante é não se esquecer de que os problemas são interrelacionados e a solução de um pode ser conflitante com a do outro. Portanto, o engenheiro deve sempre guardar uma visão"globalizante" na análise de casos e propor soluções que contemplem todos os aspectos envolvidos. As principais varáveis de processo num equipamento de troca térmica são as seguintes.

2. Natureza e Características dos Fluidos

A natureza dos fluidos que circulam num trocador de calor constitui um fator fundamental no seu estudo.

É óbvio que há diferença notória num processo se o fluido emquestão é ácido sulfúrico (produto extremamente corrosivo), ou leite (produto alimentício), ou sulfeto de carbono (produto muito tóxico) ou vapor d'água (fluido com coeficiente de troca térmica muito elevado).

As propriedades físicas de maior interesse na troca térmica são a condutibilidade térmica, a densidade, a viscosidade e o calor específico. Elas influem, juntamente com algumas variáveisgeométricas e de operação, decisivamente no desempenho de um trocador de calor. Vale lembrar que os valores dessas propriedades variam em função da temperatura que, por sua vez, se altera ao longo de um trocador de calor. Na maioria das vezes, é aceitável como simplificação que se adotem os valores das propriedades à temperatura média entre a entrada e a saída.

Além das propriedades físicascitadas, é preciso ter em conta características como a corrosividade, a toxidez, a periculosidade, a inflamabilidade. Para esses casos, a garantia de que não exista vazamento do fluido deve ser maior. Os cuidados para a detecção de um eventual vazamento devem ser redobrados, assim como as providências posteriores devem ser imediatas e de preferência automaticamente acionadas. Imagine o desastre numafábrica se, num resfriador, o ácido sulfúrico fura um dos tubos e contamina a água de resfriamento do lado do casco, sabendo que o circuito da água de resfriamento é integrado a outras unidades e se trata de um circuito fechado: vai ocorrer uma verdadeira proliferação do "vírus da acidez" pelo "corpo" da fábrica toda.

3. Temperaturas de Operação

As temperaturas de entrada e saída de um fluidonum trocador de calor, chamadas de temperaturas terminais (nos extremos do trocador), dependem das exigências do processo. Elas, portanto, são em geral especificadas e vão determinar o valor do potencial térmico (a força motriz térmica) para promover a troca térmica. É importante especificar, além do valor nominal desejado, qual a faixa de tolerância dentro da qual o valor pode flutuar semprejuízos ao processo, o que se reflete diretamente nos aspectos de operação, instrumentação e controle do processo.

Por outro lado, se os valores das temperaturas terminais (ou os valores das diferenças entre elas) forem muito elevados, devem ser seguidas recomendações sobre o assunto: por exemplo, o uso de materiais de construção mais nobres, uso de juntas de expansão etc.

4. Pressões de...
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