Base de conhecimento
Um trocador de calor transfere calor de um fluido para outro sem misturá-los. Essa única frase abrange o radiador de um caminhão, o condensador de uma geladeira e o gerador de vapor de uma usina, e a engenharia está em como os dois fluidos são colocados em contato. Três famílias fazem a maior parte do trabalho na geração de energia e na indústria: o trocador de calor a ar, em que o segundo fluido é a atmosfera; o trocador de calor de placas, em que dois líquidos se encontram através de finas placas prensadas; e o trocador de calor casco e tubos, em que um fluido escoa por um feixe de tubos e o outro ao redor deles.
Este guia explica cada tipo, no que ele é bom e como um sistema de arrefecimento de motor usa os três.
Trocadores de calor a ar: serpentinas de tubos aletados e ventiladores
Quando o calor precisa terminar na atmosfera, o ar é o segundo fluido, e o ar é um mau condutor, com baixa capacidade térmica. O trocador de calor a ar compensa com superfície: uma serpentina de tubos aletados coloca uma grande área de finas aletas de alumínio na corrente de ar, e ventiladores movimentam o ar através delas. Radiadores, dry coolers, condensadores a ar e serpentinas de entrada de turbinas a gás pertencem todos a essa família.
Seus pontos fortes são a independência - sem água, sem segundo circuito, sem bomba - e a robustez. Seus limites são a temperatura ambiente, abaixo da qual ele nunca consegue resfriar, o espaço de que a face da serpentina precisa e o ruído dos ventiladores, que o projeto controla pela escolha e pela velocidade dos ventiladores. Ele é o estágio final de todo sistema de arrefecimento de motor e a linha de produtos da TECS.
Trocadores de calor de placas: líquido para líquido em pouco espaço
Um trocador de calor de placas é uma pilha de placas onduladas de aço inoxidável, com juntas ou brasadas, com os dois líquidos escoando em canais alternados. As ondulações tornam o escoamento turbulento e as placas são finas, de modo que os coeficientes de transferência de calor são altos e a unidade é compacta: um trocador de placas para uma dada carga tem uma fração do tamanho de uma unidade casco e tubos. As unidades com juntas podem ser abertas e ampliadas; as unidades brasadas são seladas e mais baratas.
Eles atendem onde quer que dois líquidos troquem calor a pressão e temperatura moderadas: separar um circuito de água bruta do líquido de arrefecimento do motor, recuperar calor de um motor de cogeração para uma rede de aquecimento, resfriar o óleo lubrificante com o líquido de arrefecimento. Seus pontos fracos são a incrustação em canais estreitos, os limites das juntas quanto à temperatura e a produtos químicos, e a perda de carga que os canais estreitos custam.
Casco e tubos: o padrão para serviço pesado
Um feixe de tubos dentro de um casco cilíndrico; um fluido pelos tubos, o outro ao redor deles, guiado por chicanas. É o projeto mais antigo e continua sendo o padrão onde as pressões são altas, as temperaturas são extremas, os fluidos são sujos ou um dos lados é um gás ou um vapor em condensação. Resfriadores de óleo, resfriadores de combustível, resfriadores de ar de sobrealimentação a água, condensadores de vapor e trocadores de refinaria são do tipo casco e tubos.
Ele é maior e mais pesado que uma unidade de placas para a mesma carga, mas tolera incrustação, pode ser limpo mecanicamente, é construído segundo códigos de vasos de pressão para qualquer pressão e o feixe de tubos pode ser substituído. A TECS fornece resfriadores de óleo e de combustível casco e tubos junto com seus radiadores quando o pacote de arrefecimento os exige.
Como um sistema de arrefecimento de motor usa os três
Um motor grande rejeita calor de seus cilindros, de seu ar de sobrealimentação, de seu óleo lubrificante e, às vezes, de seu combustível. Dentro do pacote do motor, o óleo e o ar de sobrealimentação costumam ser resfriados pelo líquido de arrefecimento em trocadores casco e tubos ou de placas; o líquido de arrefecimento então leva tudo ao estágio final a ar - o radiador remoto ou dry cooler -, que entrega o calor à atmosfera. Em uma planta de cogeração, um trocador de placas fica entre o líquido de arrefecimento do motor e a rede de aquecimento, e um resfriador de emergência assume quando a rede não consegue absorver o calor.
A TECS projeta o estágio a ar e seleciona os trocadores de placas e casco e tubos que pertencem a ele, para que todo o circuito respeite as vazões, as temperaturas e as perdas de carga do fabricante do motor. Envie a folha de dados do motor ou os dados do processo, e a proposta lista todos os trocadores do pacote.
Em resumo
- A ar: líquido para ar por meio de tubos aletados e ventiladores; radiadores, dry coolers, serpentinas de entrada
- De placas: líquido para líquido através de placas prensadas; compacto, eficiente, pressão moderada
- Casco e tubos: tubos em um casco; alta pressão, fluidos sujos, gases e vapores
- Um pacote de motor usa os três e termina no estágio a ar
- A TECS fabrica o estágio a ar e fornece junto os trocadores de óleo, de combustível e de placas
- Todo trocador de um pacote é selecionado segundo os limites do fabricante do motor
Para projetar um pacote de arrefecimento
- Marca e modelo do motor com sua folha de dados de arrefecimento, ou as cargas térmicas do processo
- Quais fontes de calor serão resfriadas: água das camisas, ar de sobrealimentação, óleo, combustível
- Fluidos de cada lado e suas temperaturas
- Temperatura ambiente do local, altitude e a instalação
- Perdas de carga admissíveis e as bombas disponíveis
- Espaço e limite de ruído para o estágio a ar
Perguntas frequentes
Qual trocador de calor é o mais eficiente?
Para líquido para líquido, o trocador de calor de placas oferece a maior transferência de calor por unidade de volume. Para o calor que precisa terminar na atmosfera, só serve uma unidade a ar, e sua eficiência é uma questão de superfície e de potência dos ventiladores. O tipo certo é definido pelos fluidos, não por um ranking.
O que é um radiador nestes termos?
Um trocador de calor a ar para o líquido de arrefecimento de um motor: uma serpentina de tubos aletados com ventiladores. Montado no motor, sobre a base, ou remoto, com ventiladores elétricos, quando fica afastado do motor.
Um trocador de calor de placas pode resfriar com ar?
Não; os trocadores de placas são para dois líquidos. O ar precisa da grande superfície de uma serpentina de tubos aletados. Em um sistema de motor, o trocador de placas resfria um líquido com outro, e a unidade a ar resfria esse outro líquido com a atmosfera.
Por que os resfriadores de óleo costumam ser casco e tubos?
O óleo é viscoso e pode carregar detritos; o lado dos tubos tolera ambos e pode ser limpo. As pressões são mais altas do que as juntas de placas suportam bem, e a unidade casco e tubos é construída segundo o código de pressão sem medidas especiais.
A TECS fabrica os três tipos?
A TECS projeta e fabrica os trocadores de calor a ar - radiadores remotos, unidades tipo V, serpentinas de entrada, módulos de aquecimento - e fornece os trocadores casco e tubos e de placas para óleo, combustível e recuperação de calor que pertencem ao mesmo pacote de arrefecimento.
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