Dentre os principais tipos de trocadores de calor em termos de geometria destacam-se:
• Duplo tubo
• Casco e tubo
• Placas
• Outros: Trocadores compactos, resfriadores de ar, variações do casco e tubo…
Trocador duplo tubo
O trocador duplo tubo (Figura 1) é composto por dois tubos concêntricos, geralmente com trechos retos e com conexões apropriadas nas extremidades de cada tubo para dirigir os fluidos de uma seção reta para outra. Este conjunto em forma de U é denominado grampo, o que permite conectar vários tubos em série. Neste tipo de trocador, um fluido escoa pelo tubo interno e outro, pelo espaço anular, a troca de calor ocorre através da parede do tubo interno
As principais vantagens são: facilidade de construção e de montagem, ampliação de área, facilidade de manutenção e de acesso para limpeza
Trocador de calor casco e tubo
O trocador de calor casco e tubo (Figura 2) é composto por um casco cilíndrico, contendo um conjunto de tubos, colocados paralelamente ao eixo longitudinal do casco. Os tubos são presos, em suas extremidades a placas perfuradas denominadas espelhos e a cada furo corresponde a um tubo do feixe. Os espelhos são presos de alguma forma ao casco. Os tubos que compõe o feixe atravessam varias placas ferfuradas, as chicanas, que servem para direcionar o fluido que escoa por fora dos tubos e também para suportar os tubos. No trocador um dos fluidos escoará pelo interior dos tubos e outro por fora dos tubos.
A área de troca pode ser disposta de várias maneiras, por exemplo, pode-se ter um equipamento com tubos longos e com determinado diâmetro de casco ou com a mesma área construir outro trocador com tubos curtos. Relações de custo que é mais conveniente e mais econômico construir trocadores longos com diâmetros de casco e de tubos menores.
A distribuição dos tubos é padronizada e o número de tubos que é possível alocar em um determinado diâmetro, depende do diâmetro externo do tubo, da distância e arranjo dos tubos que compõe o feixe e do numero de passagens no lado do tubo.
O espaçamento entre as chicanas é padronizado. A redução no seu espaçamento tende a elevar o coeficiente de troca de calor do lado do casco, entretanto, tende a aumentar também a perda de carga o que pode sobrecarregar o sistema de movimentação do fluido. Diferentes tipos de chicanas fazem com que o escoamento seja aproximadamente perpendicular aos tubos ou paralelo a eles.
: O trocador de placas (Figura 3) consiste de um suporte, onde placas independentes de metal, sustentadas por barras, são presas por compressão, entre uma extremidade móvel e outra fixa. Entre placas adjacentes formam-se canais por onde os fluidos escoam.
Os trocadores de placa foram introduzidos em 1930 na indústria de alimentos em razão da facilidade de limpeza. As placas são feitas por prensagem e apresentam na superfície corrugações, as quais fornecem mais resistência à placa e causam maior turbulência aos fluidos em escoamento.
Sempre surgem comparações entre os trocadores casco e tubo. O trocador de placas será viável somente se:
– A pressão de operação for menor que 30 bar
– As temperaturas forem inferiores a 180oC (juntas normais)ou 260oC (juntas de amianto)
– Houver vácuo não muito elevado
– Houver volumes moderados de gases e vapores
As vantagens destes equipamentos são:
– Facilidade de acesso a superfície de troca, substituição de placas e facilidade de limpeza;
– Flexibilidade de alteração da área de troca térmica;
– Fornece grandes áreas de troca ocupando pouco espaço;
– Pode operar com mais de dois fluidos;
– Apresenta elevados coeficientes de transferência de calor;
– Incrustação reduzida em função da turbulência, ocasionando menos paradas para limpeza
– Baixo custo inicial;
– Não é necessário isolamento;
– Mesmo que a vedação falhe não ocorre a mistura das correntes;
– Possibilidade de respostas rápidas em função do pequeno volume de fluido retido no trocador.
Trocadores de calor compactos: São equipamentos que apresentam alta razão entre área de transferência de calor e volume do trocador. São exemplos deste tipo de trocador os trocadores de placa e espiral, trocadores com tubos aletados, resfriadores a ar e variações do trocador casco e tubo.
Alguns destes equipamentos podem ser vistos em detalhes nos sites abaixo indicadas.
Bibliografia
Costa Araújo, E. C. Trocadores de Calor – Série Apontamentos. EdUFSCar; 2002.
Fonte:
UFSC