Cada um de nós encontrou os trocadores de calor mais simples. Um exemplo marcante disso é o design de "pipe in pipe" ou algo parecido. Seria difícil imaginar nossa vida se o trocador de calor não tivesse sido inventado. Hoje há um grande número de trocadores de calor. Eles diferem entre si não apenas nas características técnicas, mas também no escopo, design, etc. Vamos falar mais detalhadamente sobre esse assunto e tratar de pontos interessantes.
Algumas informações gerais
Um trocador de calor é um dispositivo usado para transferir calor de um meio para outro. Ao mesmo tempo, você precisa entender que o próprio trocador de calor, sem equipamento de aquecimento, é completamente inútil, mas no complexo você pode obter resultados maravilhosos e aquecer com sucesso até salas muito grandes e frias. Além disso, os cientistas tentaram constantemente minimizar a perda de calor quando este é transferido para outro ambiente. Hoje não é possívelgabar-se de 100% de eficiência, mas podemos falar com segurança sobre a eficiência de 90-95%. As características operacionais e técnicas do produto são aumentadas através do uso de materiais especialmente preparados, bem como de um refrigerante. Claro que tudo isso aumenta um pouco o preço do equipamento, mas vale a pena.
Ao projetar, os engenheiros são constantemente confrontados com requisitos conflitantes que precisam ser combinados em uma garrafa. Por exemplo, é necessário reduzir a resistência hidráulica e ao mesmo tempo aumentar o coeficiente de transferência de calor. O trocador de calor deve ser resistente à corrosão, mas não muito difícil de manter. Tudo isso levou ao fato de que muitos tipos de trocadores de calor apareceram. O que melhor se adapta à situação é usado.
Classificação de trocadores de calor
Como mencionado acima, atualmente há um grande número de trocadores de calor. Em primeiro lugar, eles devem ser separados de acordo com o método de transferência de calor para o meio. Aqui os trocadores de calor são divididos nos seguintes grupos:
- recuperativo;
- regenerativo;
- mistura;
- aquecimento elétrico.
Vamos dar uma olhada em trocadores de calor recuperativos. O design do produto implica a presença de uma parede de camada única ou multicamada através da qual o calor é transferido. Normalmente isso acontece já em movimento constante. É interessante que em tais dispositivos, a transferência de calor seja realizada com movimento forçado sem alterar a faseestados. Mas isso se aplica apenas a trocadores de calor em operação permanente. Se falamos de unidades com um modo periódico de operação, por um certo período de tempo, são realizados aquecimento, evaporação e resfriamento, e tudo isso no modo sequencial. Tais dispositivos pertencem a trocadores de calor com movimento térmico instável. Isso se deve ao fato de que a temperatura do refrigerante na entrada e na saída é significativamente diferente. Muitas vezes, tais agregados são encontrados na forma de bobinas e são lamelares, nervurados e outras formas. Um pouco mais tarde, veremos vários tipos. Mas a classificação dos trocadores de calor não termina aí.
Unidades de regeneração e aquecimento elétrico
Neste caso, assim como no anterior, a superfície de troca de calor é usada para transferir energia térmica. No entanto, esta superfície é uma espécie de bocal. Desempenha o papel de um meio acumulativo intermediário que acumula calor. Em geral, todo o processo pode ser dividido em várias etapas. Na primeira fase, o bocal percebe uma certa quantidade de calor. Em seguida, há uma transição para o segundo estágio e o refrigerante é transferido sobre a superfície do bico. Isso acontece ao alterar o fluxo de refrigerantes. Nesta fase, o bocal esfria gradativamente e o calor acumulado é liberado para o ambiente aquecido, que pode ser o seu quarto.
Regeneradores são unidades não estacionárias. O bocal geralmente fica imóvel e os processos térmicos são repetidos de forma síncrona. Dispositivos deste tipo são frequentemente chamados de depuradores outorres de resfriamento.
A essência dos trocadores de calor aquecidos eletricamente é que a eletricidade é usada como a principal fonte de calor. As instalações de arco elétrico são usadas para converter energia elétrica em energia térmica. Eles podem ser aquecimento direto e indireto. Os trocadores de calor mais comuns na indústria são os aquecedores de indução e resistência. Como você pode ver, os equipamentos de troca de calor podem ser diferentes, agora vamos dar uma olhada em cada tipo, seu escopo e características de design.
Trocadores de calor em espiral
O dispositivo é um par de canais em espiral. Eles geralmente enrolam em torno da partição central. Para fazer isso, eles são feitos de material laminado. Vale a pena notar que os trocadores de calor em espiral são adequados para aquecer e resfriar fluidos com alta viscosidade.
Em geral, a superfície de aquecimento é formada por duas chapas de metal, que são fixadas ao núcleo por meio de uma solda. A unidade em si consiste em apenas 2 canais, geralmente retangulares, feitos em forma de espiral. A extremidade da espiral (interna) possui uma parede divisória e é fixada com pinos. Os trocadores de calor podem ser feitos tanto na vertical quanto na horizontal. Se não for possível instalar um tipo devido ao espaço insuficiente ou a uma configuração complexa da sala, o segundo, mais preferível, é usado. Também é interessante que o consumidor possa escolher espir altrocadores de calor com diferentes larguras de espiral, de 20 a 150 centímetros. Ao mesmo tempo, a superfície de aquecimento pode variar de 3,2 a 100 metros quadrados com uma pressão máxima do sistema de 1 MPa.
Deve-se notar que este equipamento de troca de calor tem uma série de vantagens significativas. Em primeiro lugar, é uma resistência hidráulica reduzida. Em segundo lugar, compacidade e alta eficiência e intensidade de transferência de calor. Mas tudo isso contribuiu para o fato de haver desvantagens na forma de um projeto e reparo complexos.
Sobre trocadores de calor a placas
Atualmente, são fabricados trocadores de calor a placas dobráveis e não separáveis. Naturalmente, o primeiro tipo é mais preferível devido a muitas razões. Primeiro, é a facilidade de manutenção. Esse equipamento é desmontado e montado muito rapidamente, de modo que qualquer avaria é eliminada em pouco tempo. Modelos não separáveis geralmente não são reparados e, se forem, por muito mais tempo.
Na verdade, o nome sugere que este equipamento consiste em um pacote de placas pré-fabricadas. Podem ser feitas de diversos materiais como cobre, titânio, grafite, etc. Quase sempre, para melhorar as propriedades de desempenho, as placas são fabricadas corrugadas. Em trocadores de calor de placas, os fluxos de refrigerante frio e quente passam em camadas.
O equipamento em si é bom porque tem um layout competente. Isso possibilitou aumentar a área da superfície de troca de calor e encaixar tudo isso em dimensões relativamente pequenas. De qualquer forma, antes de comprar, é realizado um cálculo de trocadores de calor, que permite obter dados sobre quanta energia o dispositivo precisa em um caso específico. Deve ser entendido que todas as placas que são puxadas juntas em uma embalagem formam canais entre si devido à mesma forma. Fluido flui através deles. Bem, agora veremos mais alguns detalhes interessantes relacionados a este equipamento.
Uso de juntas
Como observado acima, o principal elemento da transferência de calor são as placas. São estampados a frio. Para isso, são utilizadas ligas resistentes à corrosão, o que pode aumentar significativamente a durabilidade e a eficiência da unidade. A espessura das placas, dependendo do modelo, pode variar de 0,4 a 1,0 mm. Na posição de trabalho, as placas são firmemente pressionadas uma contra a outra. Neste caso, pequenos canais fendidos são formados. Na parte frontal há uma ranhura especial, uma junta de borracha (vedação) é instalada lá. Além disso, as gaxetas possuem furos que são necessários para o fornecimento e remoção do fluido. No caso de um dos orifícios romper, é fornecido um sistema de ranhuras de drenagem para evitar a mistura de meios frios e quentes.
Devido à criação de uma contracorrente entre os dois meios, foi possível obter não apenas uma melhoria na temperatura ajustada, mas também uma transferência de calor mais rápida com resistências hidráulicas relativamente pequenas. Não seria supérfluo dizer que o princípio básico de funcionamento é baseado em contracorrente, ou seja, o movimento de aquecimento efluido de aquecimento em diferentes direções. Para evitar a mistura, é instalada uma vedação de borracha dupla ou uma placa de metal. O número de placas e canais pode variar de acordo com os requisitos operacionais do equipamento. Antes da criação, é realizado um cálculo térmico dos trocadores de calor, o que permite determinar o modo ideal de operação. Às vezes, são usadas ligas caras que não têm medo de operação a longo prazo em um ambiente agressivo.
Trocadores de Calor Placa-Aleta
PRT são usados para transferir calor em meios não agressivos e gasosos em uma ampla faixa de temperatura, de -270 a +200 graus Celsius. Nesse caso, a pressão no sistema pode chegar a 100 atmosferas e partir do vácuo. O design é baseado na ideia de aplicar uma superfície nervurada em ambos os lados das placas. O próprio produto consiste em várias nervuras, graças às quais é realizada a transferência de calor entre os meios. Vale ress altar que é o trocador de calor de placas aletadas que possui uma grande variedade de formatos de aletas. Isso permite que você altere ligeiramente as características operacionais e técnicas. Na maioria das vezes você pode ver costelas contínuas e onduladas. Mas além destes, existem também os mais exóticos, como os perfurados e escamosos. Folha de metal é geralmente usada como material. Sua espessura é ajustável dependendo da pressão no sistema e do fluido utilizado.
Muitas vezes, esses tipos de trocadores de calor são feitos com diferentes tipos de fluxo. Na maioria das vezes, o contrafluxo é usado, mas também hácircuitos diretos e cruzados. Se falarmos brevemente sobre os pontos fortes desse equipamento, há muitos deles. Em primeiro lugar, são propriedades operacionais, como transferência de calor rápida e intensiva. Em segundo lugar, é pequeno em tamanho. Hoje, muitos dizem que são os trocadores de calor aletados que são os mais avançados. Na maioria das vezes, o PRT é usado em indústrias como energia, refino de petróleo, indústrias químicas e de aviação. Tudo isso se deve a um grande número de vantagens, além de uma ampla gama de fluidos e pressões utilizados no sistema.
Trocador de calor casco e tubo: design e características
Equipamentos de troca de calor do tipo superfície, que já testamos, não são tão populares quanto as unidades de casco e tubo. Estes são apenas os dispositivos que foram mencionados no início, na versão mais simples - este é o sistema "pipe in pipe". Um trocador de calor deste tipo é um sistema (pacote) de tubos que são colocados em um invólucro. Os tubos são enrolados e soldados ao corpo do produto. Em alguns casos, eles são adicionalmente escaldados. Isso é feito para garantir 100% de estanqueidade. O corpo é fornecido com bicos adicionais. Alguns são necessários para fornecer vapor, outros para remoção de condensado. Além disso, existem grades transversais na carcaça, que são usadas para suportar os tubos de troca de calor ao longo de todo o comprimento da unidade. Curiosamente, os trocadores de calor casco e tubo são usados em temperaturas de 190 graus Celsius oupressões de vapor saturado acima de 15 bar.
Qualquer sistema que envolva movimento de fluido pode estar sujeito a golpe de aríete. Este fenômeno é capaz de desativar parcial ou completamente o equipamento. Para evitar que isso aconteça, vários tipos de elementos de armazenamento são usados, os chamados tanques de expansão. Mas no nosso caso, isso não é necessário, porque os trocadores de calor casco e tubo são muito resistentes a eles. Além disso, não há requisitos rígidos para a limpeza do ambiente. Uma desvantagem significativa de tal equipamento é que todos os tipos de trocadores de calor deste tipo são muito intensivos em metais, o que afeta o custo final e as dimensões.
Permutadores de calor para equipamentos a gás
Não é nenhum segredo que qualquer caldeira a combustível sólido ou a gás possui um trocador de calor em seu projeto, eles também são chamados de aquecedores. Já consideramos os principais tipos. Como você provavelmente notou, esses ou aqueles tipos são usados em vários setores. Alguns dispositivos encontraram aplicação mais ampla, outros são usados em certas indústrias e não se encaixam em outras. No nosso caso, ocorre o uso de trocadores de calor tubulares e de placas. No primeiro caso, estamos lidando com um sistema de tubos, no segundo - com placas. Em princípio, independentemente do tipo, um trocador de calor para um gêiser deve atender a vários requisitos. Em primeiro lugar, ter um alto coeficiente de transferência de calor e, em segundo lugar, ser durável e resistente a altas temperaturas. Os materiais mais populares são cobre, alumínio eaço. A última opção é menos preferível, pois esse metal é pesado, o que reduz a eficiência. Em qualquer caso, o trocador de calor para o gêiser deve servir pelo menos 5 anos.
Conclusão
Então revisamos os principais tipos de trocadores de calor. Espécies como concha e prato foram deixadas sem atenção. Em princípio, eles diferem ligeiramente do clássico lamelar ou com nervuras. Mas muitas vezes você pode encontrar fogões de banho com trocador de calor com carcaça. No entanto, a principal característica é que o equipamento é resistente a altas temperaturas e pressões de operação. A carcaça pode ser feita de materiais como titânio, aço inoxidável ou aço carbono. É interessante que os fogões de banho com trocador de calor de casco e placas sejam bem regulados para vapor ou condensado, o que, sem dúvida, é uma vantagem significativa. Em princípio, isso pode completar a história, pois agora você sabe tudo o que precisa sobre trocadores de calor.
