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Trocador de calor brasado: é o assunto da nossa aula de hoje.
Também disponibilizaremos a versão mais atualizada do software Exact para download.
Para ver mais conteúdos como esse, acesse nossos Cursos Certificados Vaportec.
Trocador de calor brasado
São utilizados em milhares de aplicações.
Sendo as mais usuais algumas que iremos destacar agora, como por exemplo:
- chiller com gás refrigerante HCFC,
- resfriador de óleo com água,
- aquecedor de água com vapor,
- troca térmica entre dois fluidos líquidos,
- recuperação de caloria obtida a partir da descarga.
Vamos falar então, sobre:
- o seu princípio de funcionamento,
- suas características,
- aplicações
- modelos cadastrados (da Danfoss especificamente),
- os dados necessários para seleção
- a instalação dos trocadores.
Transferência de calor
O princípio de funcionamento da transferência de calor.
Dessa forma, os fluidos quentes têm que entrar pela parte superior, sempre.
Por diversos motivos.
Um deles é que a tendência dos fluídos quentes é ter um peso específico menor.
Assim, permanecem na parte superior de equipamento.
Aliás, os fluidos frios são mais densos, mais pesados.
Sua tendência natural é permanecer então na parte inferior.
Então, por exemplo se fosse uma aplicação de vapor e água.
Nós temos entrada de água fria por baixo. A saída de água quente por cima.
A entrada de vapor por cima e a saída de condensado aqui por baixo.
Esse seria o princípio de funcionamento do trocador.
Então, nós temos aqui exemplificado lateralmente fluido quente fluido frio.
Então, ocorre essa transferência térmica dentro do dentro do trocador de calor brasado.
Como o trocador tem uma eficiência térmica muito grande, um trocador de calor muito pequeno fisicamente falando é capaz de atender aplicações de grande carga térmica e grandes vazões.
Também são muito comuns, em aplicações para resfriamento de óleo, por exemplo.
Até para aquecimento de água com vapor.
Alguns pasteurizadores, inclusive usam o trocador de calor brasado para fazer o aquecimento da água que vai fazer a troca com o fluido principal (o leite ou a cerveja).
Aliás, ele é muito utilizado também para a produção artesanal de cerveja.
Microcervejarias usam muitas vezes incorretamente o trocador de calor brasado à cobre.
Na verdade deve ser o trocador de calor brasado total em inox.
Que é o trocador usado em sistemas de amônia, por exemplo
Nas aplicações de resfriamento de óleo usamos então trocador de calor brasado.
Inclusive a Alfa Laval tinha uma linha específica para essa aplicação.
Agora como vocês sabem a Danfoss comprou a Sondex.
Assim, está desenvolvendo uma linha de trocadores de amônia para refrigeração industrial.
Pontos-chave do trocador de calor brasado
- Tamanho compacto
- Capacidade dinâmica
- Como ser usado como evaporador, condensador ou monofásico
O trocador brasado pode ser tanto usado como evaporador quanto como condensador.
Também como monofásico.
Mas, existem modelos diferentes de trocadores para essas aplicações.
O evaporador e condensador é o mesmo modelo.
Então ele tem a entrada de líquido, a saída de gás e um distribuidor de fluxo interno para funcionar nessas funções.
Já o monofásico, com todas as conexões roscadas.
O monofásico seria para aplicações água-água, oléo-água ou vapor-água, por exemplo.
Que não é exatamente monofásico, mas é para essa aplicação também.
E o evaporador e o condensador, usados então no uso com gases refrigerantes.
Tanto para a condensação, quanto para o processo de evaporação e essa troca térmica.
Fluidos: água quente ou fria (não salgada) e vapor
Água quente ou fria, menos a água salgada.
Porque com ela você vai ter uma incrustação interna.
E o vapor.
Fluídos típicos como óleos (sintético ou mineral, solventes orgânicos
Salmouras (etanol, etileno glicol, propilenoglicol ou similar) e refrigerantes
Então esse trocador tem uma alta taxa de transferência e uma alta capacidade.
Você pode usar tanto para refrigeração quanto para aquecimento.
Basta então fazer o selecionamento correto do equipamento.
É bastante simples fazer nossos próprios selecionamentos dos trocadores de calor brasados.
Características das placas
Temos então dois padrões de placas:
A placa tradicional BPHE:
São as placas espinha de peixe.
Por isso, é a placa que a maioria dos fabricantes trabalha.
Onde o fluido vai ter esse escoamento.
O padrão é de fluxo com quartzo com maiores perdas de carga.
Isto é, a diferença de pressão de entrada e a saída do fluido.
Então, se você tem uma perda de carga visivelmente alta, pode usar esse trocador.
Se você precisa de uma menor perda de carga, nós temos então outra opção.
Micro plate – MPHE
Por causa da nossa exclusividade com a Danfoss, temos o micro plate.
Micro Plate Heat Exchanger: o trocador de calor de microplacas.
Isto é, são placas no estilo covinha, similares a da foto:
Vai ter então a passagem do fluido entre essas placas.
E a resistência em relação ao fluido é, dessa forma, menor.
Então, naturalmente vai ter uma maior eficiência e uma menor perda.
Dessa forma a diferença entre a pressão de entrada e saída vai ser maior.
Usado principalmente para processos de maior vazão.
Afinal, tem uma menor perda de carga.
Então, essa é a diferença entre os modelos BPHE e MPHE, basicamente.
Aqui a gente mostra as conexões:
No BPHE tem um lado que é disponibilizado com solda.
Para a entrada de líquido refrigerante e saída de gás refrigerante.
Assim, no lado B, a rosca que seria o lado que passaria ar, a água ou etileoglicol.
Ou qualquer fluido que você fosse fazer o resfriamento.
Nos MPHE, então são dois em um.
Tem a possibilidade da solda e além disso tem a rosca.
No caso da rosca use para fluidos monofásicos.
Isto é, aplicações monofásicas.
Lembrando que um trocador com entrada e saída para fluido refrigerante, tem um distribuidor interno e uma alta perda de carga.
Então se usar na aplicação monofásica, deve ser superdimensionado.
Assim acaba se tornando muito caro para aquela aplicação.
Por isso que cada trocador tem a sua aplicação e a sua função.
Justamente para apresentar assim o melhor custo-benefício em relação ao processo e instalação.
Trocador de calor brasado: variedade de aplicações
- Geração de energia
- Resfriamento de óleo automotivo
- Resfriamento de óleo de refrigeração
- Óleo de corte
- Prensa hidráulica
- CNC
- Resfriamento de laser
- Petroquímica
- Processo industrial
- Resfriadores de bebidas
- Aquecimento de ambientes
- Água quente doméstica
- Sistemas radiantes
- Recuperação de calor
- Aquecimento/resfriamento distrital
- Aquecimento de piscina
- Aquecedores de parede
- Aquecimento a vapor
Usado tanto em sistemas de óleo, quanto para sistemas de aquecimento de água.
Em fluidos onde têm então essa troca térmica diretamente com o vapor.
Com um controle simples, através de um sensor de temperatura, um controlador, uma válvula solenoide ou pneumática.
Fazenda assim a injeção de maneira on-off.
Ou se não um sistema proporcional completo com uma válvula eletropneumática, por exemplo.
Trocador de calor brasado: aplicações
Explicamos sobre isso e muito mais em nossos Cursos Vaportec.
Água quente ou sistema de aquecimento
Tem a entrada de água fria no sistema de água quente ou sistema de aquecimento.
A entrada de água Fria, a saída de água quente e um boiler.
Onde tem a geração de vapor ou de água, mas uma água bem mais quente do você precisa.
Então use um trocador.
Se você tem um boiler de água quente a 90ºC, mas precisa da água a 40ºC.
Use um trocador, para entrar com a água fria e fazer essa troca com a água a 90ºC, por exemplo.
Isso vai ser muito eficiente.
Lembrando que essa seria uma aplicação monofásica.
Resfriador de ar seco
O ar entra para resfriamento e depois a água fria.
Assim, entramos com o ar do nosso compressor para fazer um resfriamento do ar.
Então, os trocadores de calor brasados também podem ser usados no resfriamento de ar.
Se você já tiver água gelada.
Fazendo isso, temos então uma maior eficiência do sistema e menor consumo de energia.
Resfriador de óleo
Também funciona com água gelada ou água de torre de resfriamento, basicamente.
Ou a água do equipamento que você tiver disponível.
Além disso, o óleo hidráulico que usamos nos nossos equipamentos e processos.
Fazendo então esse tipo de sistema.
Ele é muito comum.
Já fiz projetos assim dentro da Tramontina, por exemplo.
Então o resfriamento de óleo, é muito comum.
Principalmente dentro da indústria metalmecânica.
Muitos equipamentos lubrificados têm uma central de óleo, por exemplo.
Fazer a troca térmica, manter esse óleo circulando e filtrado, numa temperatura controlada ajuda a diminuir principalmente a manutenção dentro desse tipo de indústria.
Para manter as propriedades de lubrificação, sem dúvida.
Trocador de calor brasado: nomenclaturas
Vamos falar então basicamente sobre o nome dos trocadores, Danfoss.
O primeiro nome dos trocadores normalmente é o modelo.
Trocador de calor a placas brasadas. Brasagem a cobre: B3.
O 030 – é a área de transferência de calor placa de um quadrado.
No meio tem então a quantidade de placas e isso serve para todos os fabricantes.
A quantidade de placas está assim descrita no nome do trocador.
O código vai dar principalmente essas informações.
Pressão de projeto, tipo de canal e o distribuidor: essa informação é padrão, referentes ao modelo e número de placas.
Aqui no modelo “D”, já muda.
É para aplicação geral, então a área de transferência é maior.
Para alta pressão. É um evaporador e o “50” é o número placas.
Os números basicamente vão significar a área de transferência e o número de placas.
Então você tem já as informações que precisa eventualmente para fazer uma troca de trocador.
O ideal é sempre pegar informações do processo e então fazer o dimensionamento do zero.
Justamente porque pode ser que nós tenhamos variáveis internas, de um fabricante para outro.
Com certeza o índice e o grau de transferência térmica entre os trocadores de diferentes fabricantes, não vão ser iguais.
Muito importante que o cálculo seja feito considerando as variáveis de vazão, temperatura e pressão.
Você já consegue fazer o cálculo no Software Exact, que está disponível para download.
Dados necessários para selecionamento
Basicamente são tipos de fluido, temperatura e vazão.
O resto o software mesmo já vai alimentar.
Instalação: posicionamento
A forma correta de instalação é de pé.
Inclusive, ele vem com fixadores (independente da marca) justamente para ficar nessa posição.
Não deixe para frente porque vai ter acúmulo de fluido na parte inferior.
Vai ter uma alimentação equivocada que não vai dar a maior eficiência energética dentro do trocador.
Além disso, possivelmente resulte em problemas de manutenção e quebra do trocador.
Até mesmo de entupimento pelo acúmulo de fluido.
Então, a posição preferida para instalação é de pé.
Lembrando que fluidos frios embaixo e fluidos quentes em cima.
A instalação é muito simples tal como controle.
Instalação: tubulação
Nós temos basicamente um procedimento de soldagem:
- Limpar e polir a superfície de conexão
- Fluxo de gás inerte no interior do MPHE para evitar a oxidação
- Aplique o fluxo de solda com um pincel
- Insira o tubo de cobre na conexão
- Solda com no mínimo 45% prata, temperatura máxima 650ºC
Tubulação apoiada para evitar vibrações nas conexões do trocador.
É muito importante!
O trocador deve ter suportes específicos para que seja evitado as vibrações.
Porque essas vibrações podem gerar os vazamentos.
E se elas ficarem constantemente forçando a conexão, vai forçar a brasagem.
Essa por sua vez vai certamente gerar uma menor vida útil no trocador de calor.
Instalação: incrustação
Incrustação de partículas
- Sistemas com circuito aberto (torre de resfriamento, poço artesiano).
- Sistemas de circuito fechado onde as tubulações não são limpas ou a água não é tratada.
Incrustação biológica
- Sistemas com circuito aberto
Existem muitos problema de sólidos em suspensão e na água.
No circuito fechado, se tubulação é velha ou sistema não é devidamente tratada ou se a água ou o fluido usado não é limpo, certamente vamos ter problemas.
Você precisa ter a proteção adequada para entrar com os fluidos e trocadores de calor de placa.
Não só o brasado, mas o trocador desmontável também.
Uma medida muito simples: o filtro “Y”.
Extremamente barato e fácil de instalar. Previne esse tipo de problema.
Lembrando que você pode fazer um bombeamento de fluido detergente nele.
Desde que seja compatível com os materiais.
Depois, faça um bombeamento de água potável para a limpeza específica no trocador.
Assim, sem problema nenhum.
Então independente da aplicação, você consegue fazer essa limpeza.
Inclusive, é muito comum nos processos de cervejarias.
Se o fluido a ser refrigerado contém partículas maiores que 0,8mm deve ser instalado um filtro tipo “y” antes do trocador.
Pode parecer pequeno, 0.8mm, mas na verdade não é.
São partículas relativamente grandes.
Não vai afetar o trocador com uma só partícula, mas com o acúmulo de partículas.
Dependendo da aplicação e do tipo de trocador pode gerar problemas.
Ainda tem a possibilidade de uma ultrafiltração dos líquidos e gases que vão entrar no nosso trocador.
Principalmente, se forem questões sanitárias ou de qualificação desse fluído.
Para uso em alguma aplicação sanitária ou outra que necessite dessa ultrafiltração de uma forma mais expressiva.
Instalação: Limpeza adequada do trocador
Incrustação no lado da água
- Partículas na água
- Óleo e graxa aderem na placa
- Escamação em aplicação de alta temperatura (>45ºC, CaCO3, CaSO4).
- Bactéria, fungos, etc.
Como prevenir
- Limpeza com fluxo reverso
- Uso do filtro
- Solução ácida diluída a 5% como o ácido fosfórico ou cítrico
Enfim, pode ter vários problemas de incrustação no lado da água.
Ou até mesmo de outro fluido que usar.
Quem trabalha na manutenção, sabe disso.
Pode encontrar coisas que nunca imaginou que pudessem estar lá dentro.
Na prática, muitas vezes entram alguns corpos dentro da tubulação.
Eles permanecem lá até serem drenados ou estragarem os equipamentos.
Lembrando que se você entrar por um canal e sair por outro canal, você não terá vazamentos no canal secundário.
Instalação: Congelamento
Quando você trabalha com água pura:
- evite temperatura de saída da água abaixo de 4ºC
- evite temperatura de evaporação abaixo de 0ºC
- use uma solução salina (anticongelante) quando necessário
- sensor de temperatura para controlar a temperatura de saída da água
Você deve usar uma solução anticongelante.
Porque se o trocador de placas congelar, os canais deles expandem e vão romper.
Isso vai ser um grande problema.
Principalmente se esse evaporador/trocador for vital no seu processo.
Então, o controle desse trocador é muito importante.
Além da correta especificação.
Quando você usar água pura evite usar abaixo das temperaturas indicadas.
Justamente por esse fator de congelamento que pode acontecer.
Um sensor, um leitor de temperatura na saída de água em comunicação com controlador (CLP) e uma válvula solenoide ou uma válvula proporcional ou até mesmo uma pneumática vão fazer a operação simples e fácil de um trocador de calor de maneira automatizada.
Você mantém além da leitura e histórico de temperaturas, a operação do equipamento.
Isso, de maneira constante sem apresentar variações.
Com segurança e eficiência energética.
Trocador de calor brasado: produtos testados e aprovados
(imagem 26:30)
Testes realizados:
- refrigerante
- explosão
- fadiga mecânica
- fadiga térmica
- anticongelamento
- limpeza
- corrosão
Eles são testados e as aprovações são o que garantem a comercialização.
Assim como as certificações.
Elas garantem a melhor qualidade de equipamentos e seu melhor desempenho.
Espero que vocês tenham tido uma ótima aula!
Me coloco inteiramente à disposição para estudos e projetos de melhoria em sistemas de troca térmica. Que nós possamos fazer isso a quatro mãos.
O software está disponível para download nesse link.
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Estamos à disposição.
Um abraço