Permutador de calor tubular

Princípios Estruturais

Estrutura básica

Invólucro: O invólucro externo do trocador de calor, geralmente soldado a partir de placas de aço, usado para alojar o feixe de tubos e o fluido.

Feixe de tubos: Composto por múltiplos tubos de troca de calor, é o componente principal para a transferência de calor. Os tubos de troca de calor podem ser retos, em forma de U ou espirais, geralmente feitos de materiais como aço carbono, aço inoxidável ou cobre.

Placa tubular: Utilizada para fixar o feixe de tubos, conectando os tubos de troca de calor ao casco e impedindo que o feixe de tubos vibre sob o impacto do fluido.

Extremidades: Instaladas em ambas as extremidades do casco, servem para selar o casco e formar canais para fluidos.

Defletores: Instalados dentro do casco, são usados para alterar a direção do fluxo do fluido no lado do casco, aumentando a turbulência e melhorando a eficiência da troca de calor.

Princípio de funcionamento

O princípio de funcionamento de um trocador de calor tubular baseia-se na condução de calor. Um fluido flui dentro dos tubos e outro fluido flui fora dos tubos (lado do casco). O calor é transferido do fluido de alta temperatura para o fluido de baixa temperatura através das paredes dos tubos, realizando a troca de calor.

Para melhorar a eficiência da troca de calor, o fluido do lado do casco muda sua direção de fluxo várias vezes ao passar pelos defletores, criando turbulência e aumentando a área de contato entre o fluido e as paredes do tubo.

Características

Vantagens

Estrutura simples: Relativamente simples de projetar e fabricar, resultando em custos mais baixos.

Alta confiabilidade: Estrutura robusta com forte resistência à pressão, adequada para condições extremas como alta pressão e alta temperatura.

Alta adaptabilidade: Pode se adaptar a diferentes propriedades de fluidos e condições de operação; alterando o arranjo do feixe de tubos e o diâmetro dos tubos, diferentes requisitos de troca de calor podem ser atendidos.

Manutenção fácil: O feixe de tubos pode ser facilmente removido para limpeza e reparo, facilitando a manutenção.

Desvantagens

Eficiência de troca de calor relativamente baixa: Comparados aos trocadores de calor de placas, os trocadores de calor tubulares têm um coeficiente de transferência de calor menor, exigindo uma área de troca de calor maior para atingir o mesmo efeito de troca de calor.

Tamanho maior: Devido à maior área de troca de calor, o equipamento é relativamente grande, ocupando mais espaço.

Limpeza difícil: A limpeza do interior dos tubos é relativamente difícil, especialmente para fluidos que contêm impurezas, as quais formam facilmente incrustações no interior dos tubos, afetando a eficiência da troca de calor.

Tipos principais

Trocador de calor de placa tubular fixa

Características estruturais: O feixe de tubos é fixado em ambas as extremidades à placa tubular, que por sua vez é soldada ao casco. Essa estrutura é simples e de baixo custo, porém não elimina completamente as tensões térmicas, sendo adequada apenas para aplicações com pequenas diferenças de temperatura.

Aplicações: Adequado para aplicações onde a diferença de temperatura entre os fluidos do lado do casco e do lado dos tubos é pequena (geralmente inferior a 50°C).

Trocador de calor de cabeçote flutuante

Características estruturais: Uma extremidade da placa tubular é fixada ao casco, enquanto a outra extremidade pode flutuar livremente dentro do casco, eliminando assim a tensão térmica. A extremidade flutuante pode ser facilmente desmontada para limpeza e manutenção.

Aplicações: Adequado para aplicações onde a diferença de temperatura entre os fluidos do lado do casco e do lado dos tubos é grande (geralmente superior a 50°C).

Trocador de calor de tubo em U

Características estruturais: O feixe de tubos tem formato de U, com ambas as extremidades fixadas à mesma placa tubular. Essa estrutura permite livre expansão e contração, eliminando o estresse térmico, mas dificulta a limpeza do interior dos tubos.

Aplicações: Adequado para aplicações de alta temperatura, alta pressão e grande diferença de temperatura, especialmente para fluidos onde os requisitos de limpeza dentro dos tubos não são elevados.

Trocador de calor de glândula preenchida

Características estruturais: Uma extremidade é fixada com uma placa tubular e a outra é vedada com uma gaxeta, facilitando a desmontagem e a limpeza. No entanto, a vedação da gaxeta apresenta confiabilidade relativamente baixa e é propensa a vazamentos.

Aplicações: Adequado para aplicações onde o fluido no lado do tubo está limpo e isento de incrustações.

Áreas de aplicação

Setor Industrial

Indústria de petróleo e química: Utilizado para pré-aquecimento de petróleo bruto, resfriamento de gás craqueado e recuperação de calor em diversos processos de reação química.

Indústria de energia: Utilizado em condensadores, resfriadores e outros equipamentos de usinas de energia para resfriar o vapor de exaustão da turbina e recuperar o calor residual.

Indústria metalúrgica: Utilizado para resfriar materiais fundidos em altas temperaturas e recuperar calor residual, melhorando a eficiência energética.

Indústria Alimentícia e Farmacêutica: Utilizado nos processos de aquecimento, resfriamento e esterilização de alimentos e produtos farmacêuticos para garantir a qualidade e a segurança do produto.

Setor Civil

Sistemas de aquecimento: Utilizados para troca de calor em estações de aquecimento, transferindo calor da água quente da rede de aquecimento para o sistema de água quente do usuário.

Sistemas de ar condicionado: Utilizados para a troca de calor entre a água de resfriamento e a água gelada, garantindo o funcionamento normal do sistema de ar condicionado.

Seleção e Manutenção

Pontos-chave da seleção

Cálculo da troca de calor: Determine o calor a ser transferido com base nos requisitos do processo e selecione uma área de troca de calor apropriada.

Propriedades do fluido: Considere fatores como temperatura, pressão, vazão e corrosividade do fluido para selecionar materiais adequados para tubos e revestimentos.

Espaço de instalação: Selecione o modelo e o tamanho adequados do trocador de calor com base no espaço de instalação disponível.

Economia: Considere de forma abrangente o custo de aquisição, o custo operacional e o custo de manutenção para selecionar equipamentos com uma alta relação custo-benefício.

Medidas de manutenção

Inspeção regular: Inspecione regularmente o feixe de tubos e o casco em busca de corrosão e identifique e corrija prontamente os vazamentos.

Limpeza e manutenção: Limpe regularmente o feixe tubular e o casco para remover a sujeira e garantir a eficiência da troca de calor. Utilize agentes de limpeza adequados para evitar a corrosão.

Prevenção de sobrecarga: Evite operar o equipamento em condições que excedam a pressão e a temperatura de projeto para evitar danos ao equipamento.

Registre os parâmetros operacionais: Registre os parâmetros operacionais do equipamento, como temperatura do fluido, pressão e vazão, para facilitar a detecção e o tratamento oportunos de anormalidades.

Os trocadores de calor tubulares são equipamentos de troca de calor amplamente utilizados, caracterizados por estrutura simples, alta confiabilidade e grande adaptabilidade. Em aplicações práticas, os modelos apropriados devem ser selecionados com base em necessidades específicas, e a manutenção e o gerenciamento devem ser reforçados para garantir uma operação estável a longo prazo.