Trocador de calor

Trocador de calor

(Parte 2 de 2)

Para um trocador de calor do tipo casco-tubos, uma das decisões importantes a ser tomada no início do projeto é definir qual dos fluidos deve circular pelo lado interno (feixe tubular) e qual pelo lado externo (casco). Uma localização mal feita implica num projeto não otimizado e numa operação com problemas freqüentes.

Os aspectos básicos levados em consideração referem-se à limpeza do equipamento, à manutenção, a problemas decorrentes de vazamento e à eficiência de troca térmica.

Muitos dos fatores que influem nesses aspectos já foram abordados anteriormente.

Para decidir a localização dos fluidos, deve-se considerar: (a) Fluido com maior tendência de incrustação:

A velocidade de escoamento pelo lado dos tubos (escoamento em trecho reto ou em U) é mais uniforme e mais fácil de ser controlada.

Por outro lado no casco, devido aos desvios, a velocidade não é regular em todo o trajeto; pode haver regiões no casco com velocidades bem pequenas ou até zonas mortas.

Como a velocidade de escoamento influi no depósito, conforme visto, recomenda-se circular o fluido mais sujo (com maior fator de incrustação) no lado dos tubos.

Além disso a limpeza mecânica e química é bem mais fácil pelos tubos. No casco, a limpeza mecânica às vezes é impraticável e a limpeza química pode ser não tão eficiente pela existência de zonas de baixa turbulência.

Vale lembrar que a água de resfriamento é um dos fluidos industriais com alto fator de sujeira e portanto, de modo geral, circula preferencialmente pelos tubos.

Mesmo para a água de resfriamento tratada, cujo fator de sujeira já não é tão elevado, recomenda-se em geral a sua circulação pelos tubos.

(b) Fluido corrosivo:

É melhor circular o fluido corrosivo no lado dos tubos. Pois, assim, "só se corrói" o tubo, que pode ser protegido com uso de material de construção mais resistente ou até ser revestido internamente, se for o caso. O material de construção e o grau de acabamento do casco poderão então ser diferentes e mais brandos.

(c) Fluido com temperatura ou pressão muito elevadas:

Para serviços de alta temperatura ou alta pressão, os cuidados com o material de construção e vedação têm que ser maiores. Portanto, pelo mesmo motivo anterior, é preferível circular o fluido nessas condições no lado dos tubos.

Vale ressaltar que o critério exposto não implica em que o fluido com maior temperatura ou maior pressão do que o outro necessariamente deve ser locado nos tubos. Mas se o valor da temperatura ou da pressão for significativamente apreciável, requerendo material de construção especial ou outros cuidados especiais, então esse fluido merece uma preferência de circular pelos tubos.

(d) Fluido com menor velocidade de escoamento: Uma velocidade baixa de escoamento prejudica a troca térmica.

Devido à possibilidade de colocação conveniente de chicanas transversais, é mais fácil provocar uma turbulência intensa no casco do que no lado dos tubos. Logo, mesmo que a vazão de escoamento seja baixa, há um recurso construtivo (chicana) para incrementar a troca térmica no lado do casco.

Então, quando a diferença entre as vazões é significativa, em geral é mais econômico circular o fluido de menor vazão no lado do casco e o de maior vazão no lado dos tubos.

(e) Fluido mais viscoso:

Um fluido com alta viscosidade também dificulta a troca térmica. Assim pelo mesmo motivo do item anterior, circula-se o fluido mais viscoso no lado do casco onde é mais fácil intensificar a turbulência. Mas se a diferença de viscosidades entre os dois fluidos for pequena (por exemplo, a de um fluido é de 0,5 cP e do outro 1 cP), nesse caso, torna-se indiferente a sua locação quanto ao critério de viscosidade.

(f) Fluidos letais e tóxicos:

Para operação desses fluidos, por motivos de segurança, a vedação é fundamental.

A estanqueidade é mais simples de ser garantida no lado dos tubos, usando um espelho (chapa onde estão consolidados os tubos) duplo por exemplo. Então os fluidos periculosos devem circular preferencialmente pelo lado dos tubos.

(g) Fluido com diferença entre as temperaturas terminais muito elevada:

Se a diferença entre as temperatuas de entrada e saída for muito alta (maior que 150oC) e se houver mais de uma passagem pelo lado dos tubos, recomenda-se circular esse fluido pelo casco. Esse procedimento minimiza problemas construtivos causados pela expansão térmica.

Em muitos casos, podem ocorrer situações conflitantes, de acordo com as recomendações prescritas acima. Por exemplo, um dos fluidos é muito incrustante e o outro escoa sob temperatura muito elevada; segundo os critérios mencionados, os dois fluidos deveriam circular pelo lado dos tubos.

Uma prioridade que serve de orientação é dada pela seguinte relação onde o fluido de posição anterior é em geral alocado nos tubos:

Água de resfriamento; Fluido corrosivo ou fluido com alta tendência de incrustação;

Fluido menos viscoso; Fluido de temperatura e pressão elevadas;

Fluido de maior vazão. Você é o leitor No.

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Trocador de Calor casco e tubos com um passe no casco e um passe nos tubos (Contracorrente).

Trocador de Calor casco e tubos a - Um passe no casco e dois passes nos tubos. b - Dois passes no casco e quatro passes nos tubos.

Feixe tubular com tubos espiralados (alto rendimento térmico) Página Principal

Este coeficiente se define em termos da resistência térmica total à transferência de calor entre os dois fluidos. Durante a operação normal de um trocador de calor, as superfícies ficam sujeitas a incrustações de impureza dos fluidos , à formação de ferrugem e a outras reações entre os materiais do fluido e das paredes, aumentando assim a resistência à transferência de calor entre os fluidos, influindo assim, neste coeficiente. As aletas, por aumentarem a área superficial diminuem a resistência a transferência convectiva de calor, influindo assim no coeficiente global de transferência de calor. Estes dois efeitos podem ser incluídos nos cálculos deste coeficiente através da formula:

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