Universidade Federal do Maranho UFMACentro de Cincias Exatas e
Tecnologias CCETDepartamento de Tecnologia QumicaProfessora: Dr.
Marcela Kotsuka da Silva
Trocadores de CalorAna Beatriz da Paixo Ribeiro 2011004861Italo
Mateus Sousa Pereira 2011004905Tatiana Borges Diniz 2011004979
So Lus-MA2014INTRODUO
O processo de troca de calor entre dois fluidos que esto em
diferentes temperaturas e separados por uma parede slida ocorre em
muitas aplicaes da engenharia. Os equipamentos usados para
implementar esta troca so denominados trocadores de calor, e
aplicaes especficas podem ser encontradas em aquecimento e
condicionamento de ambiente, recuperao de calor, processos qumicos,
etc. Como aplicaes mais comuns deste tipo de equipamento temos:
Aquecedores, resfriadores, condensadores, evaporadores, torres de
refrigerao, caldeiras, etc. Os trocadores de calor so equipamentos
de extrema importncia para a engenharia. Foram desenvolvidos muitos
tipos de trocadores de calor para diversos campos da indstria, como
usinas eltricas, usinas de processamento qumico, ou em aquecimento
e condicionamento de ar. Existem tambm aplicaes domsticas bastantes
comuns como em geladeiras e ar condicionados. Esse equipamento foi
projetado para trocar calor entre fluidos, segundo as leis da
termodinmica, e, portanto proporcionar o reaproveitamento da
energia trmica presente nos fluidos quentes. Dessa forma, ao
conservar a energia, os trocadores de calor tornam-se importantes
ferramentas para a preservao do meio ambiente.
TROCADORES DE CALOR
1.FUNCIONAMENTO Existem trs princpios diferentes em que se
baseiam os trocadores de calor, sendo o ltimo o mais comum na
indstria, pois no h contato entre os dois fludos, e assim podem ser
reaproveitados. Os demais possuem aplicaes especficas.
1.1 Pela mistura de fluidos Dois fluidos de temperaturas
diferentes se misturam num nico sistema, alcanando uma mesma
temperatura final. Pode ocorrer tanto em ambiente aberto, quanto em
sistema fechado.
1.2 Com armazenagem intermediria Os fluidos quente e frio so
escoados alternadamente na mesma passagem. Quando o fluido quente
atravessa a passagem, o calor armazenado na parede e no enchimento
do trocador, em seguida o fluido frio atravessa o trocador de calor
e absorve o calor armazenado. Geralmente esse mtodo usado em
gases.
1.3 Atravs de uma parede que separa os fluidos Os fluidos escoam
no trocador sem contato direto, atravs de tubulaes distintas,
separadas por paredes de alta condutibilidade trmica. Geralmente
essas paredes so feitas de metais, como o cobre e o alumnio, ou
ligas metlicas. 5 O escoamento pode ser dado de duas formas, em
correntes paralelas, em que os dois fluidos entram do mesmo lado do
trocador e fluem no mesmo sentido, ou entram em lados opostos e
fluem em sentido contrrio; ou em correntes cruzadas, onde os
fluidos escoam perpendicularmente. De modo geral, o escoamento em
corrente cruzada bastante aplicado em aquecimento de gases e
sistemas de refrigerao.
2. TIPOS E CLASSIFICAO DOS TROCADORES DE CALOR
Classificao dos trocadores de calor
Natureza da Transferncia de CalorTipo de EstruturaTipo de
Corrente
2.1 Classificao quanto ao tipo de corrente2.1.1 Correntes
paralelasNesse arranjo, os fluidos quente e frio entram pela mesma
extremidade, escoam no mesmo sentido e saem pela mesma
extremidade.2.1.2 Correntes contrrias/Contracorrentes No arranjo de
correntes contrrias os fluidos entram por extremidades opostas,
escoam e saem por extremidades opostas.
Figura 2.1.2 Escoamento correntes paralelas e contrrias.2.1.3
Correntes cruzadasNesse tipo de arranjo, um fluido escoa
perpendicular ao outro. So diferidos pelo fato de serem misturados
ou no-misturados, devido a aletas que no permitem o escoamento em
duas direes. Chamamos de fluido misturado aquele onde no arranjo no
existem aletas, permitindo o escoamento em duas direes e
no-misturado aquele onde existem aletas paralelas permitindo o
escoamento numa nica direo.
Figura 2.1.3 Escoamentos correntes cruzada.
2.2 Classificao quanto ao tipo de estrutura
Classificao quanto estrutura
Tubular Tipo placa
Casco TuboTubo duploSerpentina
2.2.1 Trocadores TubularSo geralmente construdos com tubos
circulares, existindo uma variao de acordo com o fabricante. So
usados para aplicaes de transferncia de calor lquido/lquido (uma ou
duas fases). Eles trabalham de maneira tima em aplicaes de
transferncia de calor gs/gs, principalmente quando presses e/ou
temperaturas operacionais so muito altas onde nenhum outro tipo de
trocador pode operar. Estes trocadores podem ser classificados como
carcaa e tubo, tubo duplo e de espiral.2.2.1.1 Tubo DuploOs
trocadores de duplo tubo so o tipo mais comum de trocador de calor.
So compostos de dois tubos concntricos, geralmente retos com
conexes em sua trajetria. Podem ser arranjados em forma de U que
permite a conexo em srie dos trocadores, chamado de grampo. Esse
tipo de trocador de calor possui grande facilidade de construo e de
montagem, possui fcil manuteno e limpeza. geralmente usado em
aplicaes de pequenas capacidades.Figura 2.1.1 - Trocador de calor
de duplo tubo. Um dos fluidos escoa apenas na direo axial (amarelo)
e o outro pela casca do tubo (cinza).
2.2.1.2 Casco e Tubo Este trocador construdo com tubos e uma
carcaa. Um dos fluidos passa por dentro dos tubos, e o outro pelo
espao entre a carcaa e os tubos. Existe uma variedade de construes
diferentes destes trocadores dependendo da transferncia de calor
desejada, do desempenho, da queda de presso e dos mtodos usados
para reduzir tenses trmicas, prevenir vazamentos, facilidade de
limpeza, para conter presses operacionais e temperaturas altas,
controlar corroso, etc.Trocadores de carcaa e tubo so os mais
usados para quaisquer capacidade e condies operacionais, tais como
presses e temperaturas altas, atmosferas altamente corrosivas,
fluidos muito viscosos, misturas de multicomponentes, etc. Estes so
trocadores muito versteis, feitos de uma variedade de materiais e
tamanhos e so extensivamente usados em processos industriais.
2.2.1.3 SerpentinaEste tipo consiste de uma ou mais serpentinas
ordenada em uma carcaa. A serpentina formada por um tubo cilndrico
dentro do qual escoa o vapor ou fluido que trocar calor com o
fluido que est presente dentro da carcaa. Esse tipo de trocador
possui alta eficincia e as expanses trmicas no so problemas, porm a
limpeza complicada, pois muitas vezes os fluidos de fora da
serpentina pode conter sais como clcio e magnsio que aderem a sua
superfcie da serpentina, o que dificulta a troca de calor entre o
fluido da carcaa e o vapor que circula dentro da serpentina
provocando condensaes inadequadas. Esses sais so facilmente
eliminados usando -se detergentes cidos. Como vantagem que uma
grande superfcie de troca trmica pode ser acomodada dentro de um
determinado espao de carcaa.
2.2.2 Trocadores tipo placaSo feitos de uma srie de placas
estampadas de ao inox, separadas por gaxetas de borracha que so
colocadas em cada placa. Essas placas so dispostas em paralelo de
forma alternada, aparafusadas entre estruturas para formar canais
atravs dos quais fluem os meios lquidos, quente e frio. Esses
canais proporcionam maior velocidade e turbulncia, com a finalidade
de eliminar reas de estagnao de lquido, promovendo a mxima
transferncia de calor.O fluido quente percorre um lado da placa,
enquanto o fluido frio flui no outro lado. As gaxetas vedam os
canais e definem o sentido do fluxo. Como os lquidos fluem em
sentido contrrio nos canais entre as placas, o lquido frio esquenta
e o lquido quente esfria. Os bocais de entrada e de sada so
instalados na estrutura de ao fixa, para facilitar o arranjo das
tubulaes e proporcionar facilidade de desmontagem para limpeza.
Geralmente, este trocador no pode suportar presses muito altas,
comparado ao trocador tubular equivalente.
Figura 2.2.2 Princpios de funcionamento de um trocador de calor
de placas.
2.3 Classificao quanto a natureza da transferncia de calor
Transferncia direta
Tipo ArmazenamentoContato direto Contato indiretoNatureza da
transferncia de calor
2.3.1 Trocador de calor de mistura ou de contato diretoNessa
classe os fluidos entram em contato direto, ou seja, o fluido de
maior temperatura cede calor ao de menor temperatura at que ambos
atinjam a temperatura de equilbrio. Esses trocadores de calor
possuem uma maior taxa de transferncia de calor do que os
trocadores de contato indireto, devido a ocorrncia da transferncia
de massa. A construo relativamente barata, se comparada aos de
contato indireto, porm sua utilizao se restringe a processos em que
a transferncia de massa admissvel.As torres de resfriamento dos
processos de umidificao so os exemplos mais comuns de trocadores de
calor de contato direto. Um filme lquido escoa pela torre e o ar
quente ascende, de modo a resfriar o ar umidificando-o.
Figura 2.3.1 Torre de resfriamento.
2.3.2 Trocador de superfcie ou d conato indiretoEm um trocador
de contato indireto, os fluidos permanecem separados e o calor
transferido continuamente atravs de uma parede, pela qual se
realiza a transferncia de calor. Os trocadores de contato indireto
classificam-se em: transferncia direta armazenamento
2.3.2.1 Transferncia diretaNeste tipo, h um fluxo contnuo de
calor do fluido quente ao frio atravs de uma parede que os separa.
No h mistura entre eles, pois cada corrente permanece em passagens
separados. Este trocador designado como um trocador de calor de
recuperao, ou simplesmente como um recuperador. Alguns exemplos de
trocadores de transferncia direta so trocadores de: placa tubular
superfcie estendidaRecuperadores constituem uma vasta maioria de
todos os trocadores de calor.
2.3.2.2 Armazenamento Em um trocador de armazenamento, os ambos
fluidos percorrem alternativamente as mesmas passagens de troca de
calor. A superfcie de transferncia de calor geralmente de uma
estrutura chamada matriz. Em caso de aquecimento, o fluido quente
atravessa a superfcie de transferncia de calor e a energia trmica
armazenada na matriz. Posteriormente, quando o fluido frio passa
pelas mesmas passagens, a matriz libera a energia trmica (em
refrigerao o caso inverso). Este trocador tambm chamado
regenerador.
3 COEFICIENTE GLOBAL DE TROCA DE CALOREm transferncia de calor,
o conceito de Coeficiente Global de Troca de Calor, U, apresentado
como uma maneira de sistematizar as diferentes resistncias trmicas
equivalentes existentes num processo de troca de calor entre duas
correntes de fluido, por exemplo. A partir da lei do resfriamento
de Newton:
(3.1)que envolve a temperatura da superfcie exposta a uma das
correntes de fluido, estendemos o raciocnio para envolver outras
partes do sistema.Em diversos momentos ao longo do curso de
transferncia de calor, estudamos a troca de calor entre fluidos e
superfcies divisoras do escoamento. Com as hipteses de regime
permanente, ausncia de fontes, etc; utilizamos o conceito das
resistncias trmicas equivalentes e eventualmente apresentamos o
Coeficiente Global de Troca de Calor, U. Vejamos dois exemplos:
parede plana parede cilndrica
Dando origem ao circuito trmico equivalente:
Ou seja, nestas condies, o calor trocado foi escrito como:
(3.2)onde Tb indica a temperatura mdia de mistura de cada um dos
fluidos.
Parede cilndrica:Consideremos a transferncia de calor entre os
fluidos do casco e dos tubos nos feixes de tubos de um trocador
multitubular, como mostra a figura. O calor trocado entre os
fluidos atravs das superfcies dos tubos pode ser obtido
considerando as resistncias trmicas:
, onde : (3.3)
Considerando que a resistncia trmica a conveco na parede dos
tubos de um trocador desprezvel (tubos de parede fina e de metal),
a equao 3.3 pode ser rescrita da seguinte forma :
(3.4)Como o objetivo do equipamento facilitar a troca de calor,
os tubos metlicos usados so de parede fina ( ri re ). Portanto, as
reas da superfcies interna e externa dos tubos so aproximadamente
iguais, ou seja, Ai Ae. Assim, temos que :
(3.5)O coeficiente global de transferncia de calor em um
trocador ( UC ) definido assim :
(3.6A equao 1.6 pode ser colocada na seguinte forma :
(3.7)Levando a equao 3.7 na equao 3.5 a expresso para a
transferncia de calor em um trocador fica assim :
(3.8)Quando estudamos a troca de calor por conveco no interior
de dutos e canais, comeamos a relaxar a hiptese de temperatura mdia
de mistura constante ao longo do escoamento. Consideramos duas
situaes para a condio trmica: fluxo de calor constante ou
temperatura superficial constante.
Aps a devida anlise, determinamos como a temperatura mdia de
mistura do fluido varia do comprimento da superfcie: Fluxo
constante de calor na parede:
(3.9) Temperatura superficial constante:
(3.10) onde, Tb,i indica a temperatura mdia de mistura na
entrada do equipamento de troca de calor.
A situao em um trocador de calor um pouco mais complicada pois
no temos mais informaes sobre o fluxo de calor na parede ou sobre a
temperatura superficial (na verdade, s podemos garantir que no sero
mais constantes). Felizmente, a maioria dos conceitos j discutidos
se aplicam aqui, permitindo uma anlise simples. Uma primeira
considerao deve ser feita sobre as possveis variaes de temperatura
de cada fluido ao longo do trocador, em funo da direo com que as
correntes seguem. As direes relativas do escoamento so
especificadas abaixo e mostradas na figura adiante: Correntes
opostas: quando as correntes escoam em direes opostas situao (a)
Correntes paralelas: quando as correntes seguem na mesma direo
situao (b) Correntes cruzadas: quando as correntes seguem em ngulos
de 90o - situao (c)
O projeto de trocadores de calor usualmente comea com a
determinao da rea de troca de calor necessria para acomodar uma
determinada condio trmica de uma ou das duas correntes, que entram
no trocador a determinadas temperaturas e vazes e precisam sair em
determinadas temperaturas, por exemplo, especificadas em algum
ponto da linha de produo.
Arranjos Bsicos de Trocadores:
Um tipo muito comum de trocador de calor o conhecido como carcaa
e tubos, como mostrado abaixo:
Nesta situao, temos um volume externo, do casco, que abriga
inmeros tubos que podem fazer vrios passes. Na situao, tem-se que o
fluido que escoa pelos tubos passa por dois passes enquanto que o
fluido na carcaa segue um nico passe. A anlise das condies de troca
de calor em situaes com diversos passes bastante complexa.
3.1 MDIA LOGARTMICA DAS DIFERENAS DE TEMPERATURASUm fluido d um
passe quando percorre uma vez o comprimento do trocador.
Aumentando-se o nmero de passes, para a mesma rea transversal do
trocador, aumenta a velocidade do fluido e portanto o coeficiente
de pelcula, com o consequente aumento da troca de calor. Porm, isto
dificulta a construo e limpeza e encarece o trocador. A notao
utilizada para designar os nmeros de passes de cada fluido
exemplificada na figura.
Com relao ao tipo de escoamento relativo dos fluidos do casco e
dos tubos, ilustrados na figura, podemos ter escoamento em
correntes paralelas (fluidos escoam no mesmo sentido) e correntes
opostas (fluidos escoam em sentidos opostos).
O fluido quente (tubo central) entra temperatura Tq,e e sai
temperatura Tq,s. Por outro lado, o fluido frio (entre o tubo
central e a carcaa) entra temperatura Tf,e e sai temperatura Tf,s.
O comprimento do trocador L e a rea A. Para cada um destes casos de
escoamento relativo variao da temperatura de cada um dos fluidos ao
longo do comprimento do trocador pode ser representada em
grfico,.As diferenas de temperatura entre os fluidos nas
extremidades do trocador, para o caso de correntes paralelas, so :
(Tq,e Tf,e) e (Tq,s - Tf,s). No caso de correntes opostas, as
diferenas de temperatura nas extremidades (Tq,e Tf,s) e (Tq,s
Tf,e). O fluxo de calor transferido entre os fluidos em um trocador
diretamente proporcional diferena de temperatura mdia entre os
fluidos. No trocador de calor de correntes opostas diferena de
temperatura entre os fluidos no varia tanto, o que acarreta em uma
diferena mdia maior. Como conseqncia, mantidas as mesmas condies, o
trocador de calor trabalhando em correntes opostas mais
eficiente.
Como a variao de temperatura ao longo do trocador no linear,
para retratar a diferena mdia de temperatura entre os fluidos usada
ento a Mdia Logartmica das Diferenas de Temperatura
(MLDT).Desenvolvimento do clculo de (MLDT): No nosso estudo, iremos
considerar uma rea elementar dA, de troca de calor em um trocador
de correntes paralelas, e depois integrar os resultados por toda a
rea.
Hipteses: Regime permanente Calores especficos no so funes da
temperatura (caso varie muito se deve usar um valor mdio)
Escoamento totalmente desenvolvido (neste caso, o coef. Troca de
calor por conveco, h, e o coeficiente global, U, so constantes)
Para comear, vamos aplicar a primeira lei da termodinmica para
relacionar as quantidades de troca de calor:
Do Fluxo Quente (FQ): (3.11)
Do Fluxo Frio (FF): (3.12)
Invertendo as duas equaes temos:
(3.13) (1.5)
(3.14)Como dqq = dqf so iguais podemos escrever que:
(3.15)
Entretanto, devemos lembrar que, por definio, o calor trocado
pode ser escrito como:
(3.16)onde U o coeficiente global de troca de calor.Substituindo
(1.16) em (1.15) tem-se
(3.17)
Considerando as hipteses feitas anteriormente, podemos separar
as variveis e integrar a equao, desde A = 0 at A = A, obedecendo s
especificaes:
reaFluido QuenteFluido FrioDiferena
EntradaA = 0Tq,eTf,eTq,e- Tf,e
SadaA = ATq,sTf,sTq,s- Tf,s
Que resulta em:
(3.18)
Lembrando as expresses da primeira lei da termodinmica para cada
uma das correntes, temos que:
(3.19)
(3.20)Entretanto, claro que qq = qf , que chamaremos
simplesmente de q. Assim
(3.21)
Substituindo a equao (3.21) na equao (3.18), obtemos
(3.22)Isolando-se o q, temos
(3.23)
Que do tipo . O termo entre chaves conhecido como a diferena
mdia logartmica de temperatura ou LMTD (do ingls Log Mean
Temperature Difference). Operando neste termo, podemos escrev-lo de
forma ligeiramente diferente, mais usual:
(3.24)Com as seguintes definies:
Para um trocador de calor de correntes paralelas, a entrada
bvia. Entretanto, para trocadores de correntes opostas ou cruzadas,
a situao um pouco mais complexa. Por isto, comum alterarmos a
definio acima para uma outra:
(3.25)4 CONDIES OPERACIONAIS E FATORES DE INFLUNCIADe uma
maneira geral, alm do coeficiente de transferncia de calor visto
acima, vrios outros fatores influenciam no desempenho do trocador.
Inclusive vrios desses fatores influenciam diretamente os
coeficientes convectivos e as resistncias trmicas envolvidas.4.1
Caractersticas dos fluidosQuando se trata das caractersticas dos
fluidos envolvidos no processo de troca trmica, a condutibilidade
trmica, a densidade, a viscosidade e o calor especfico so fatores
altamente influenciveis na eficincia dos trocadores de calor. A
maioria dessas propriedades, alm de influenciar no desempenho do
dispositivo, so funes da temperatura, variando ao longo do
processo. Todas essas variveis e variaes devem ser levadas em conta
e desprezadas apenas quando forem realmente desnecessrias.Alm
dessas propriedades, condies operacionais que influenciam na vida
til do trocador e na segurana da operao tambm devem ser levadas em
conta. Corrosividade, toxicidade, inflamabilidade e abrasividade so
fatores de risco para a operao e os operadores, de forma que as
medidas necessrias devem ser tomadas para evitar danos.4.2
Temperaturas de operaoDe acordo com cada processo que envolva
determinado trocador de calor, as temperaturas de operao e o tempo
necessrio para atingi-las devem ser especificados. Materiais que
aguentem grandes variaes de temperatura devem ser utilizados em
processos muito rpidos, alm de que os fluidos possam receber
quantidades de calor sem perder caractersticas necessrias ao
processo. Mudanas de fase devem ser levadas em conta, para
substncias puras e misturas, para que as temperaturas sejam
realmente atingidas.4.3 Presses de operaoNa maioria das vezes
quando h gases em processo a presso fator extremamente importante
na troca trmica. Altas presses podem acarretar em danos ao
equipamento e perigoso de exploses e vazamentos, enquanto que
presses muito baixas podem diminuir consideravelmente a troca
trmica efetiva. 4.4 Velocidade de escoamentoA velocidade de
escoamento no trocador de calor tem efeito no coeficiente global de
transferncia de calor, pois quanto maior a turbulncia mais efetiva
ser a troca trmica. Entretanto, cotovelos podem causar grandes
perdas de carga, eroses ou depsitos de sujeira na tubulao. Um valor
razovel de velocidade deve ser obtido para cada tipo de processo,
de modo a otimizar a troca trmica.De todos esses fatores,
ressaltamos as perdas de carga, problemas de incrustaes, entre
outros fatores que devem ser estipulados de uma maneira eficiente
para o processo, minimizando perdas e consumo energtico, alm da
vida til do equipamento. Conhecer o processo e seus fatores de
influncia imprescindvel para os processos que envolvam as trocas de
calor entre fluidos.
5 MONITORAMENTO E MANUTENOPara que o trocador continue operando
nas condies necessrias ao processo o seu monitoramento deve ser
efetuado continuamente. Mtodos de condutividade ou gs hlio podem
confirmar a integridade das placas ou tubos para prevenir
contaminaes e condies das juntas do trocador.A monitorao das
condies dos tubos pode ser conduzida atravs de ensaios no
destrutivos, que so testes que no comprometem as propriedades
fsicas, qumicas, mecnicas ou dimensionais e os mecanismos de fluxo
de gua e depsitos so frequentemente simulados por fluidodinmica
computacional.5.2 IncrustaesComo dito anteriormente, as incrustaes
so um problema srio na vida til e no desempenho do trocador de
calor ao longo do tempo. guas doces pouco tratadas so
frequentemente usadas como gua de resfriamento, o que resulta em
detritos biolgicos entrando no trocador e produzindo camadas,
dificultando a troca trmica. Outro problema o chamado trtaro, que
composto de camadas depositadas de compostos qumicos, como
carbonato de clcio ou carbonato de magnsio.Para todos esses
problemas de incrustaes, existem os mtodos de aplicao de biocidas e
produtos qumicos em geral, com a devida conscincia de no utilizar
produtos que acelerem a corroso ou que sejam muito txicos para o
processo. Existem ainda mecanismos de monitoramento contnuo tal
como o sensor Neosens, que mede tanto a espessura das incrustaes,
temperatura e permite aperfeioar a utilizao de produtos qumicos.5.3
ManutenoUm dos mtodos principais de evitar as incrustaes citadas
acima fazer a devida limpeza e manuteno do trocador ao longo do
tempo de uso. Os trocadores de calor precisam ser desmontados e
limpos periodicamente, por mtodos de limpeza cida, jateamento e/ou
jatos de gua de alta presso.Os sistemas de refrigerao de gua para
trocadores de calor, tratamento de gua tal como purificao, a adio
de produtos qumicos e testes, so usados para minimizar as sujeiras
presentes ao longo do tempo. Outros tratamentos de gua tambm so
usados em sistemas de vapor para usinas de energia, por exemplo,
para minimizar a incrustao e corroso dos componentes dos trocadores
de calor.
6 APLICAES praticamente impossvel que em uma indstria no haja a
utilizao do calor em determinado processo, e nesse ponto em que os
trocadores de calor desempenham necessidades. At aqui vimos os seus
tipos, critrios e caractersticas e o seu princpio de funcionamento,
de forma a estarmos aptos a entender as aplicaes industriais dos
trocadores de calor.Podemos imaginar uma infinidade de aplicaes
para este dispositivo, a transferncia otimizada e a conservao de
energia sob a forma de calor um desafio constante, trocadores de
calor mais eficientes e mais baratos j uma grande necessidade.
Trocar e utilizar o mximo de calor possvel sem perdas o maior
objetivo das aplicaes citadas a seguir.6.2 CaldeirasAs caldeiras so
grandes tanques de calor, onde um lquido pressurizado receber calor
e vaporiza, de modo a ser utilizado em vrios outros equipamentos e
processos na indstria, grande maioria no uso do vapor para ceder
calor a determinados locais. A fonte de calor das caldeiras a
queima de alguma substncia combustvel, geralmente carvo ou madeira,
e em poucas ocasies o petrleo ou gs natural. Existem tambm as
caldeira para usos restritos, onde a maioria so eltricas,
consumindo grandes quantidades de energia eltrica.A maioria dos
modelos de caldeira aquecem a gua pressurizada at a condio de vapor
saturado, entretanto existem as que produzem vapor superaquecido,
entretanto no muito recomendveis devido grande temperatura de
exausto do combustvel utilizado, diminuindo a eficincia global da
planta.
Figura 6.2 Princpio de funcionamento de uma caldeira. A gua
alimentada por tubos e na sada o vapor liberado (azul). Os gases
quentes oriundos da queima saem por outra tubulao (amarelo).
6.3 EvaporadoresExistem diversos tipos de evaporadores, onde
feixes de tubos promovem a retirada ou a adio de calor a
determinado local. Na refrigerao o evaporador geralmente uma caixa
onde um fluido refrigerante remove calor da mesma e libera em outra
extremidade. Evaporadores de concentrao de solues promovem o
aumento da concentrao de determinadas solues pela adio de calor
latente adicionado por tubulaes de vapor geralmente oriundas da
caldeira.
Figura 6.3 Evaporador utilizado na concentrao de solues.
6.4 Recuperadores de calor
um tipo de trocador de calor comumente utilizado para aproveitar
o calor gerado por gases quentes, como os gases produtos das
queimas em caldeiras e outros equipamentos, diminuindo o gasto
energtico com aquecimento. O termo recuperador refere-se tambm para
trocadores de calor em contracorrente lquido-lquido usado em
indstrias qumicas e refinarias e em processos fechados.
Figura 6.4 Recuperador de calor industrial.
7 CONCLUSO Os trocadores de calor no apenas realizam trocas
trmicas, mas tambm so responsveis pelo melhor aproveitamento
energtico nas indstrias. Um trocador bem projetado e adequadamento
dimensionado para a sua operao, e com manuteno em dia, capaz de
realizar um processo de troca trmica mais eficiente, e, portanto,
mais atrativo do ponto de vista econmico. Assim aumenta-se a
competitividade do produto final. Alm disso, do ponto de vista
ambiental, o uso de trocadores de calor favorece o meio ambiente no
momento em que se evita o descarte de fluidos em temperaturas
elevadas ou ento quando possibilita o reaproveitamento desse mesmo
fluido para algum outro processo na indstria.