Visualizações: 1275 Autor: Editor do site Horário de publicação: 23/08/2024 Origem: Site
Em muitos setores, especialmente HVAC, manter o controle preciso da temperatura é crucial para operações tranquilas. É aqui que entram os trocadores de calor. Eles são os heróis anônimos que facilitam a configuração de vários fluidos nos níveis de temperatura desejados.
Os trocadores de calor transferem energia térmica entre diferentes fluidos, garantindo que eles sejam separados durante o processo. A separação é importante para que os fluidos não se misturem ou contaminem. Isso ajuda na manutenção de suas características e propriedades.
Imagine uma operação industrial onde a água quente deve aquecer outro fluido sem se tocarem. O trocador de calor é usado para transferir eficientemente o calor da água quente para o outro fluido.
Neste artigo, discutiremos mais detalhadamente conceitos como: o que é um trocador de calor , os diferentes tipos de trocadores de calor, que tipo de trocadores de calor são adequados para sistemas HVAC e como escolher o mais adequado.
Um trocador de calor é um componente mecânico usado para transferir calor de um fluido (líquido, gás ou vapor) para outro fluido sem contato direto um com o outro. Sua principal função é aumentar ou reduzir a temperatura dos fluidos.
A estrutura básica de um trocador de calor compreende dois canais separados por uma barreira (que pode ser uma parede sólida, tubo ou placa). À medida que o fluido quente passa por um canal, ele altera a temperatura do fluido mais frio, atingindo assim a temperatura desejada. Isto é muito essencial em bombas de calor multizona , onde diferentes partes de um edifício requerem níveis de temperatura variados.
Embora existam vários tipos de trocadores de calor, eles desempenham a mesma função. No entanto, eles têm recursos, vantagens e aplicações exclusivas. Vejamos eles abaixo:
O O trocador de calor de chapas e tubos é o tipo mais comum de trocador de calor devido à sua versatilidade em muitos setores. Consiste em uma série de tubos colocados dentro de uma concha cilíndrica. Um dos fluidos é transmitido dentro dos tubos enquanto o outro fluido flui dentro da carcaça. Este trocador de calor é mais comum em sistemas HVAC, petróleo, gás, usinas de energia, alimentos e bebidas e indústrias químicas.
Alguns trocadores de calor de casco e tubo são feitos com tubos aletados de alta eficiência e a área de troca de calor é 3,7 vezes maior do que um tubo normal. A estrutura espiral compacta da bobina garante que o refrigerante possa trocar calor com precisão e que a taxa de fluxo de água seja uniforme. Este tipo de trocador de calor é conhecido por sua alta eficiência de troca de calor, portabilidade, resistência ao entupimento, forte capacidade anticongelante e adequação para a maioria das unidades de aquecimento individuais.
Existem 2 principais trocadores de calor de casco e tubo:
• Trocador de Calor de Tubo Único: Consiste em um único tubo passando por dentro do casco. Um fluido é transmitido através do tubo, o outro fluido é transferido na parte livre do invólucro.
• Trocador de Calor Tubo Duplo: Consiste em dois tubos que passam por dentro da carcaça. Um tubo transporta um fluido específico, enquanto o outro transporta outro fluido.
Este tipo de trocador de calor envolve a passagem do fluido por uma série de tubos e o bombeamento de gás ou ar ao redor dos tubos para resfriar o fluido. Às vezes, trocadores de calor de tubos aletados são incluídos em dutos. Outras vezes, eles ficam totalmente expostos ao ar que passa sobre eles.
A eficiência deste trocador de calor vem das aletas adicionadas (superfície estendida) que se projetam no fluxo de gás ou ar, o que permite maior troca de calor.
Trocadores de calor de tubos aletados são normalmente usados para recuperação de calor em aplicações que exaurem gases quentes. O calor do gás é transferido para um líquido e, em seguida, o líquido aquecido é utilizado em operações que geralmente utilizam mais energia para aquecer. Algumas das aplicações comuns são sistemas HVAC, radiadores e indústria aeroespacial.
Este trocador de calor também é chamado de trocador de calor “tubo em tubo”. É composto por dois tubos – um tubo maior e outro menor, onde um é construído dentro do outro. Enquanto um fluido é transferido através do tubo maior, o outro fluido é transportado pelo tubo menor.
Possui design compacto, o que o torna ideal para aplicações com espaço de instalação limitado. Os dois fluidos são inseridos um dentro do outro, facilitando a limpeza e a manutenção.
Os trocadores de calor de tubo duplo são altamente reverenciados por sua capacidade de lidar com fluidos de alta pressão e temperatura. Assim, são frequentemente utilizados em aplicações onde são necessárias condições extremas, tais como fábricas de processamento químico, equipamentos de laboratório e operações industriais de pequena escala.
Este trocador de calor envolve a passagem de fluidos através de uma série de placas que são compactadas lado a lado. Consiste em múltiplas placas finas com canais alternados que proporcionam um grande espaço para troca de calor. Os padrões ondulados melhoram a transferência de calor entre os fluidos em ambos os lados das placas.
Na SPRSUN, nosso trocador de calor a placas é feito de 316 placas de aço inoxidável de ultrabaixo carbono, que são soldadas a vácuo. Fluxo de água e refrigerante nas folhas finas, com contato suficiente e alta eficiência de troca de calor.
Este tipo de trocador de calor é altamente reverenciado por sua estrutura compacta, pequeno volume de água de resfriamento, alta eficiência de troca de calor e forte resistência à corrosão, tornando-o ideal para unidades que exigem maior potência de aquecimento e resfriamento, como sistemas HVAC, refrigeração, processamento químico, alimentos e bebidas e usinas de energia.
O condensador é um dispositivo de troca de calor que pega gás ou vapor quente e o resfria até atingir o ponto de condensação. Ele emprega o mecanismo de transferência de calor bifásico, que envolve um fluido passando por uma mudança durante o processo de transferência. Isso resulta na mudança do gás ou vapor para líquido.
Na SPRSUN, nosso trocador de calor condensador é composto por um tanque de água e um tubo de cobre. O tubo de cobre é enrolado em forma de bobina. As bobinas são substituídas por bobinas de aço inoxidável 316L, que possuem alta troca de calor e são difíceis de incrustar ou corroer.
Este tipo de trocador de calor é eficiente na remoção de calor latente, especialmente em sistemas de refrigeração e ar condicionado, usinas de energia para condensação de vapor de turbinas, processamento de destilação e refinamento e processamento químico.
Esses trocadores de calor são o oposto dos condensadores. Eles mudam os fluidos de líquido para gás/vapor. O ponto em que o líquido se transforma em gás é chamado de vaporização. Oferece absorção de calor eficiente, crucial para processos de resfriamento e manuseio de diversos fluidos e faixas de temperatura.
Evaporadores e caldeiras são usados em sistemas de refrigeração para resfriamento, sistemas HVAC para ar condicionado, processamento de destilação e refinamento e processos químicos para concentração de soluções.
Este tipo de trocador de calor funciona utilizando o ar circundante para resfriar e condensar os fluidos que são transferidos. Os fluidos são armazenados em tubos com aletas condutores de calor e ventiladores elétricos de resfriamento são usados para distribuir ar suficiente.
Os trocadores de calor resfriados a ar são frequentemente usados em aplicações que envolvem acesso limitado a água fria. Além disso, são utilizados quando a temperatura de saída é pelo menos 20⁰C superior à temperatura ambiente. Eles são comumente encontrados em fábricas de produtos químicos e refinarias, fábricas petroquímicas, fábricas de processamento de gás natural, estações de compressão e usinas de energia nuclear.
Um trocador de calor resfriado por ventilador é semelhante a um trocador de calor resfriado a ar. Mas depende de ar forçado em vez de convecção natural. Basicamente, ele usa ventiladores para movimentar o ar ao resfriar fluidos. Não necessita de água, o que o torna adequado para ambientes secos e pode ser utilizado em espaços confinados onde a convecção natural é inadequada.
Os trocadores de calor resfriados por ventilador são eficientes no resfriamento mesmo em ambientes de alta temperatura e podem ser usados em aplicações como radiadores automotivos, sistemas HVAC para resfriamento e resfriamento de máquinas industriais.
Um trocador de calor de roda adiabática usa uma roda giratória, normalmente feita de um material absorvente de calor para transferir calor entre dois fluidos. A roda alterna entre os fluidos de ar quente e frio, absorvendo calor de um e liberando-o para o outro.
Este trocador de calor possui um design compacto com uma grande área de superfície que pode suportar grandes volumes de ar. Possui alta eficiência na recuperação de calor e é usado para aplicações como sistemas HVAC, ventilação industrial, processamento químico e petroquímico, refinarias de petróleo, processamento e pasteurização de alimentos, geração de energia, criogenia e aeroespacial.
Para tipos de sistemas de aquecimento que exigem transmissão de calor para materiais viscosos ou pegajosos, o Trocador de Calor de Superfície Raspada é a melhor opção. É especialmente projetado para remover materiais pegajosos por meio de lâminas rotativas, o que garante uma transferência de calor uniforme em todo o sistema de aquecimento.
As pás giram os fluidos na mesma direção ao redor do trocador, pois eles entram por um lado e saem pelo outro. Os materiais pegajosos são colocados em um cilindro na parte inferior. Isso garante qualidade e uniformidade no processo industrial.
As aplicações comuns de trocadores de calor de superfície raspada são produtos alimentícios, farmacêuticos, de cristalização e de mudança de fase (como concentrados de açúcar) e produtos pegajosos (como pasta de dente).
Os trocadores de calor resfriados a água removem o calor indesejado de um processo, movendo-o para a água, mantendo-o assim à temperatura ambiente. Ao contrário do trocador de calor resfriado a ar, este tipo de trocador de calor oferece diferentes níveis de resfriamento. Não se limita à temperatura ambiente do ambiente.
Os trocadores de calor resfriados a água são muito confiáveis na transmissão e remoção de calor indesejado. É por isso que eles são frequentemente usados em muitas operações industriais, como condensação de vapor, aplicações marítimas para resfriamento de motores, usinas de energia para resfriamento de escapamentos de turbinas e petróleo e gás.
Este tipo de trocador de calor possui estrutura semelhante ao trocador de calor de placas. No entanto, as placas de metal corrugado são soldadas e totalmente vedadas usando um processo denominado ligação por fusão. As placas formam canais alternados para fluidos, o que ajuda a aumentar a eficiência da transferência de calor.
Os trocadores de calor a placas soldadas são projetados para serem compactos e leves, tornando-os 90% menores do que outros trocadores de calor do tipo placas. Assim, são uma ótima opção para pequenos espaços com altas pressões e temperaturas. Esses trocadores de calor são amplamente utilizados em sistemas de refrigeração e HVAC, sistemas de energia renovável como solar térmico e geotérmico e placas de separação de caldeiras.
Às vezes chamado de trocador de calor de placas Dimple, ele é projetado com duas placas de metal finas que são soldadas em intervalos, criando estruturas semelhantes a almofadas. O espaço entre as placas permite o fluxo contínuo de fluido, proporcionando assim uma grande área de superfície para transferência de calor.
Como as placas metálicas são bem soldadas, o risco de vazamento de fluido é eliminado, tornando-se um opção econômica para vários setores, como alimentos e bebidas, processamento químico e sistemas de energia renovável.
Este trocador funciona como um sistema de recuperação de calor residual, absorvendo a energia térmica dos gases de escape (motor movido a diesel, hidrogênio, gás ou biogás) e transferindo-os para um circuito de água. O calor recuperado pode ser usado para pré-aquecer o ar de combustão, gerar vapor ou outras aplicações de aquecimento.
Os trocadores de calor de gases de escape são frequentemente usados em padarias, fornos industriais, fábricas de endurecimento e fábricas de processamento. Esses tipos de trocadores de calor ajudam a reduzir o consumo de combustível e podem ser facilmente integrados em sistemas existentes com modificações mínimas. Eles também são usados em aplicações perigosas para reduzir a temperatura de exaustão liberada no meio ambiente.
Este trocador de calor utiliza uma matriz rotativa para alternar o fluxo de fluidos quentes e frios através de um único tubo em intervalos regulares. Armazena o calor do fluido quente em um tanque térmico antes de transmiti-lo ao fluido frio.
Os trocadores de calor regenerativos são mais adequados para troca de calor gás-gás, onde os fluidos não precisam ser totalmente separados. Eles são comumente encontrados em operações que envolvem o aumento da eficiência de caldeiras de alta pressão e fornos industriais, bem como em aplicações químicas.
Este tipo de trocador de calor envolve dois fluidos fluindo perpendicularmente um ao outro. Um fluido é transferido através de tubos ou placas, enquanto o outro é transmitido através deles, permitindo uma transferência eficiente de calor entre os dois fluidos.
Os trocadores de calor de fluxo cruzado são popularmente usados em radiadores automotivos, processos de resfriamento industrial e sistemas de ar condicionado e refrigeração.
Para este tipo de trocador de calor, ambos os fluidos entram no trocador de calor pela mesma extremidade e se movem na mesma direção. A transferência de calor acontece à medida que os fluidos se movem paralelamente entre si. É adequado para aplicações com requisitos moderados de transferência de calor, como sistemas HVAC, processos industriais simples e sistemas de aquecimento e resfriamento de pequena escala.
Este tipo de trocador de calor envolve os fluidos que entram no trocador de calor por extremidades opostas e fluem em direções opostas. O trocador de calor de contrafluxo foi projetado para permitir gradiente máximo de temperatura entre os fluidos, melhorando assim a eficiência da transferência de calor.
Seus usos podem ser encontrados em usinas de energia para geração de vapor, sistemas de refrigeração para resfriamento eficiente e processamento químico para aquecimento e resfriamento.
Os diferentes tipos de trocadores de calor explicados acima desempenham a mesma função e às vezes pode ser confuso diferenciá-los. Mas uma forma de diferenciá-los é identificar seu arranjo de fluxo. Existem 3 arranjos de fluxo principais, que são:
• Disposição de Fluxo Paralelo : Os fluidos quentes e frios são despejados no trocador em um fluxo paralelo e saem juntos da mesma maneira. O arranjo de fluxo paralelo é visto principalmente em trocadores de calor de casco e tubos e trocadores de calor de tubo duplo.
• Disposição de contrafluxo : Os fluidos quentes e frios são despejados no trocador em extremidades opostas, movem-se em extremidades opostas e saem do trocador em extremidades opostas. Este arranjo de fluxo é comum em trocadores de calor de casco e tubo, trocadores de calor de placas de alta eficiência e trocadores de calor de tubo duplo.
• Disposição de fluxo cruzado : Os fluidos quentes e frios fluem perpendicularmente entre si. Enquanto um fluido é transferido dentro dos tubos ou placas, o outro fluido flui através dos tubos ou placas. Este arranjo de fluxo é popular em trocadores de calor e condensadores resfriados a ar.
Entre os vários trocadores de bomba de calor discutidos acima, existem 3 específicos que são mais adequados para sistemas HVAC.
• Trocador de calor de casco e tubo : Tem a capacidade de lidar com uma ampla gama de operações, desde pequenos edifícios residenciais até grandes aplicações industriais. A estrutura dos trocadores de calor de casco e tubo e a grande área de superfície para transferência de calor garantem confiabilidade e desempenho ideal por um longo tempo.
• Trocador de calor de placas : Este trocador de calor com bomba de calor é muito respeitado graças ao seu design compacto e capacidade de lidar com temperaturas variadas. O trocador de calor de placas é ideal para aplicações HVAC onde o espaço é limitado e é necessária alta eficiência.
• Trocador de calor com tubo aletado : Este trocador de calor aumenta a área de superfície de transferência de calor através de aletas, tornando-o excelente para transferência de calor ar-líquido. Trocadores de calor de tubos aletados são normalmente usados em sistemas de bombas de calor como o bomba de calor R290 para melhorar a troca de calor entre ar e água.
Estes são os fatores que você deve ter em mente ao escolher o trocador de calor certo para sistemas HVAC:
• Tipo de fluido, fluxo e propriedades : O tipo específico de fluido (seja líquido, ar ou gás), bem como o fluxo de fluido (seja de alta pressão ou de baixa pressão) devem influenciar o trocador de calor escolhido. Além disso, você deve selecionar um trocador de calor que possa suportar as propriedades do fluido, como temperatura, acidez e alcalinidade dos fluidos.
• A saída térmica desejada : A quantidade de calor transferida entre os fluidos e a correspondente mudança de temperatura no final do processo de transferência de calor também devem ser consideradas. Escolha um trocador de calor que possa alcançar com eficiência a troca de calor desejada entre os dois fluidos.
• Limitação de tamanho : É fundamental escolher o tamanho certo do trocador de calor. É aconselhável escolher um trocador de calor que tenha um pouco mais de espaço para expansão do fluido e fluxo suave, em vez de escolher um que reduza o fluxo do fluido.
• Custos : Considere os custos totais do trocador de calor. Isso inclui não apenas o custo inicial, mas também os custos de instalação, operação e manutenção. Escolher trocadores de calor mais baratos devido a restrições orçamentárias pode resultar em vida útil mais curta e possíveis danos a outros componentes do seu sistema HVAC.
• Otimização do projeto : Você também pode selecionar um trocador de calor preferido com base em suas necessidades personalizadas. Converse com seu fornecedor sobre um trocador de calor com bomba de calor com design exclusivo e padrões de construção adequados à sua aplicação. Elementos cruciais a serem discutidos são os tipos de fluidos, eficiência térmica, dimensionamento, custos, manutenção e durabilidade.
Fonte:Bomba de calor SPRSUN
Na SPRSUN, o nosso objetivo é fornecer-lhe bombas de calor de alta qualidade. Como um profissional líder fabricante de bombas de calor , oferecemos os melhores sistemas HVAC usando os melhores trocadores de calor. Em nossos sistemas de bomba de calor de aquecimento e resfriamento inverter, utilizamos trocadores de calor de placas para desempenho ideal. Para sistemas de bomba de calor de 15 HP projetados especificamente para aplicações de água quente, empregamos trocadores de calor de casco e tubo para garantir eficiência e confiabilidade.
Oferecemos serviços completos de bombas de calor. Para dúvidas sobre outras necessidades de bombas de calor, entre em contato conosco aqui para discutir com nossos especialistas.
