Definição de trocador de calor

Candela Rocío Barbisan
Engenharia Química

Recipiente sob pressão no qual ocorre uma troca de energia entre dois fluidos, ou seja, uma transferência de calor de uma zona de alta temperatura para uma zona de baixa temperatura. O processo pode ser direto, se os dois meios estiverem em contato um com o outro, ou indireto, se houver outro fluido entre eles.

Fundamentos da transferência de calor

Para que a transferência de calor de um meio para outro seja efetiva, deve haver uma força motriz, neste caso, chamamos a diferença de temperatura entre os dois fluidos de força motriz. Nesse sentido, a energia é transferida da área mais quente para a área mais fria.

Embora seja esperado que todo o calor cedido pela fase mais quente seja calor absorvido ou ganho pela fase mais fria, o balanço não é direto, há perdas de calor.

O fenômeno da transferência de calor é baseado no Princípio Zero da Termodinâmica, que explica a forma como os fluidos entram em contato eles atingem seu equilíbrio térmico, equalizando suas temperaturas se o tempo e a área de contato forem adequados o suficiente para atingir o ponto de equilíbrio.

Tipologias

Quando falamos de tipologia, nos referimos à maior divisão que existe com base no tipo de contato entre as fases. Como bem dissemos, se o contato entre os meios for direto, ou seja, não há outro fluxo de transferência de calor entre os fluidos que se deseja trocar energia, então ele responde de tal forma direto. As torres de resfriamento são um caso típico desse tipo de troca, pois, por exemplo, a água de resfriamento ou a água da torre entra pelo parte superior e, pela parte inferior, contra a corrente, induz-se uma corrente de ar para que haja a transferência de calor e massa esperado.

Por outro lado, quando nos referimos a trocadores indiretos, estamos falando de equipamentos que possuem uma superfície intermediária de transferência de calor, como um sólido ou mesmo outro fluente. Nesse caso, o processo ocorre por convecção ou condução. Na maioria dos trocadores, os mecanismos de transferência de massa são por: convecção, quando o fluido quente transfere seu calor para a parede interno de um tubo e então este o transmite da parede externa para o outro fluido em contato e, por outro lado, condução interna na parede do tubo.

Eles também podem ser classificados com base no tipo de fluxo: fluxo paralelo, se as correntes viajam na mesma direção, contracorrente, se eles trocam calor quando viajam em direções opostas ou, fluxo cruzado quando os fluidos viajam pelo equipamento perpendicularmente entre si.

Da mesma forma, existem trocadores de passagem única ou de passagem múltipla, dependendo de quantas vezes o fluido percorre o comprimento do trocador e entra em contato com a outra fase.

Finalmente, a classificação pode ser dada com base em sua geometria: aproximadamente encontramos: trocadores de calor de tubo e casco e trocadores de calor de placas. Na primeira delas, é constituída (como o próprio nome indica) por um invólucro ou invólucro e cabeçotes que seguram o feixe de tubos em seu interior. Através dos tubos circula um determinado fluido que troca calor com o fluido que circula pelo invólucro, inundando-o. O fluido pode passar por uma única etapa ou pode passar por mais de uma. Nesse caso, seu custo de construção é alto; no entanto, eles podem operar em altas pressões e são projetados com base na área de contato necessária para transferência de calor, portanto seu tamanho pode variar de acordo com as necessidades do processo. A manutenção é simples, embora os tubos possam ser um pouco difíceis de limpar, isso pode ser feito quimicamente ou mecanicamente e é possível retirar a placa porta-tubos para inspeção de entupimento de alguns dos eles.

No caso dos trocadores de calor de placas, eles são constituídos por várias placas que, intercaladas, circulam por cada uma delas os diferentes fluidos de troca. Entre as placas há ar. Como esperado, a área das placas é muito maior que a área de um tubo, então a capacidade de troca é muito aumentada. Enquanto os feixes de tubos trabalham em altas pressões, os trocadores de calor de placas são limitados a pressões não superiores a 25 bar. Geralmente são utilizados na indústria alimentícia, onde são necessários extremos cuidados de higiene, pois devido à sua estrutura são mais fáceis de limpar e evitam a sedimentação.