Equipamentos de Processamento: Fornos e Permutadores de Calor

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Equipamentos 
1. Fornos 
Os fornos são equipamentos onde os fluidos são aquecidos pelos gases produzidos pela 
combustão de um líquido ou combustível gasoso. 
De um modo geral, os fornos compreendem as seguintes partes principais: 
A) Uma seção de radiação consistindo essencialmente de uma câmara de combustão 
onde os tubos estão localizados. 
Os tubos são separados uns dos outros, mas conectados por cotovelos. 
O fluido do processo circula dentro desse feixe de tubos e o calor é transferido dos gases 
de combustão principalmente por radiação. 
Parte da transferência também é realizada por convecção entre os gases de combustão 
e os tubos. 
A temperatura dos gases de combustão existentes na seção de radiação é alta (700 a 
1100ºC) e, portanto, a eficiência é baixa (aproximadamente 50% do baixo valor de 
aquecimento (Pci)) 
B) Para recuperar o calor sensível dos gases de combustão, eles circulam em alta 
velocidade (paralela ou perpendicular) através de um feixe de tubos onde o calor é 
transferido principalmente por convecção. 
Este setor é então denominado seção de convecção. 
Os tubos são aletados ou cravejados para aumentar a área de superfície de transferência 
de calor no lado dos gases de combustão, sendo os gases de combustão geralmente o 
fluido com maior resistência térmica. 
A eficiência de um forno com apenas uma seção de radiação. 
A eficiência depende da temperatura de entrada do fluido aquecido (os gases de 
combustão não podem ser resfriados abaixo da temperatura do fluido frio), mas 
também do tamanho da área de superfície de troca de calor no forno. 
C) Uma pilha para descarregar os gases de combustão; 
Existem vários layouts para tubos nas seções de radiação e convecção e para uma seção 
em relação à outra. 
Consequentemente, existem muitos tipos de fornos, que podem, no entanto, ser 
classificados nas seguintes categorias diferentes: 
Fornos cilíndricos verticais; 
Fornos do tipo caixa com tubos verticais; 
Fornos de cabine com tubos horizontais; 
Fornos de parede radiante; 
Fornos de queima dupla; 
 
2. Permutadores de Calor 
Além dos fornos e caldeiras apresentados em outros capítulos, os trocadores de calor, 
muitas vezes chamados incorretamente de trocadores de temperatura, também são 
usados para aquecimento e resfriamento. Podem ter várias funções, mesmo 
simultâneas, a cumprir em relação a um ou a ambos os fluidos que participam na troca. 
De um modo geral, a terminologia utilizada explica a função principal do trocador. Sem 
a pretensão de eliminar todas as ambiguidades ou de apresentar uma lista exaustiva dos 
diferentes termos empregados, pode-se estabelecer uma classificação por função. 
2.1. A função de resfriamento. 
Os resfriadores resfriam um líquido ou gás circulando um segundo fluido que pode ser 
um fluido de processo ou água. Associados à operação do compressor no resfriamento 
de gases comprimidos, eles são denominados intercoolers de acordo com os diferentes 
estágios de compressão. Os resfriadores de ar usam o ar como fluido de resfriamento. 
Os resfriadores de corte finalizam o resfriamento de um produto até a temperatura 
necessária. Alguns resfriadores de guarnição, resfriados a água em particular, resfriam 
produtos acabados ou intermediários até a temperatura necessária para 
armazenamento seguro. Por extensão, existem conjuntos refrigerados a ar seguidos de 
conjuntos refrigerados a água que são utilizados para cumprir esta função. Os 
resfriadores resfriam um fluido de processo por evaporação de um refrigerante ou por 
água gelada. 
2.2. A Função de Aquecimento 
Os aquecedores aquecem um fluido de processo por meio de vapor ou outro fluido de 
processo quente. 
O termo é empregado principalmente quando um produto armazenado é aquecido para 
garantir que seja bombeável em condições econômicas e técnicas satisfatórias. 
Os pré-aquecedores pré-aquecem um fluido de processo e o aquecimento é continuado, 
geralmente em um forno a jusante. 
Os pré-aquecedores e aquecedores de ar são trocadores, que podem ou não ser cíclicos, 
que pré-aquecem o ar de combustão de uma caldeira ou forno recuperando parte do 
calor contido nos gases de combustão ou em outro fluido. 
Os economizadores são bobinas que permitem que a água de alimentação da caldeira 
seja pré-aquecida pelos gases de combustão. 
Os super aquecedores elevam os gases ou vapores a uma temperatura superior à 
temperatura de condensação. 
2.3. A função de condensação 
Os condensadores realizam a condensação total ou parcial (condensadores totais ou 
parciais) dos vapores pela circulação de um fluido de processo ou água suficientemente 
frio. 
Os condensadores de ar cumprem essa mesma função usando o ar como refrigerante. 
Os sub-resfriadores condensam os vapores e resfriam os condensados ao mesmo 
tempo, geralmente pela circulação de água. 
 
 
2.4. A Função de Vaporização 
Os vaporizadores realizam a vaporização total ou parcial de um líquido de processo, com 
a entrada de calor fornecida pelo vapor ou por um fluido de processo quente que pode 
estar sofrendo condensação. 
Caldeiras e reboilers vaporizam parte dos produtos do fundo das colunas de destilação 
para enviá-los de volta ao fracionamento. 
Os geradores de vapor produzem vapor pela combustão de gases ou líquidos. 
Eles também podem recuperar o calor sensível contido nos fluidos do processo, gases 
de combustão do forno e leitos catalíticos e são chamados de caldeiras de calor residual. 
Os evaporadores concentram soluções aquosas por evaporação. 
No entanto, o termo também pode se referir a vaporizadores ou resfriadores. 
 
2.5. Princípio Operacional 
De um modo geral, exceto em casos muito especiais de fluido-sólido ou similar trocado 
entre dois fluidos em movimento. 
Eles são denominados: 
Trocas de superfície quando os dois fluidos são separados por uma parede, 
Contato direto ou trocadores de mistura quando os dois fluidos são misturados; 
 
3. Bombas 
As bombas permitem a circulação de líquidos e são encontradas em diferentes formas 
nas unidades de refino. 
eles podem ser classificados em duas categorias principais: 
Bombas centrífugas e; 
Bombas de deslocamento positivo; 
 
 
 
Categoria Tipo Estrutura 
Centrifuga 
Estágio simples 
 
Multiestagio 
Voluta 
Difusor 
Regenerativa 
Vertical 
Helico-Centrifuga 
Fluido Axial 
Deslocamento Positivo 
Rotativa Engrenagem Parafuso 
Recíproca 
Pistão 
Diafragma 
Desentupidor 
 
Cavitação: a menor pressão estática dentro de uma bomba centrífuga está localizada na 
entrada do impulsor devido ao aumento da velocidade e às diferentes perdas de pressão 
geradas na bomba. Se a vaporização começar nesse ponto, o líquido será repressurizado 
próximo a jusante. As bolhas formadas condensam-se ao colapsar repentinamente, na 
maioria das vezes perto de uma parede. Este fenômeno muito ruidoso é chamado de 
cavitação. 
A altura manométrica gerada pela bomba e a potência absorvida então caem, as 
vibrações e ruídos aumentam e a erosão podem ser observados, principalmente no 
rotor, na forma de poços característicos. Se a bomba continuar funcionando nessas 
condições, podem ocorrer danos permanentes. 
NPSH (altura de sucção positiva líquida) ou NPSHr necessários: Para evitar a cavitação, 
a pressão total do líquido na entrada da bomba deve ser tal que nenhuma vaporização 
possa ocorrer. Este valor mínimo depende do projeto da bomba e é denominado NPSHr; 
NPSH disponível: Este é o NPSH na instalação, ou NPSHa. quando o NPSHa é 
determinado para bombas horizontais, o eixo dos flanges de sucção é geralmente o 
ponto de referência. 
 
4. Compressores 
São máquinas projetadas para elevar a pressão de um fluido compressívelque passa por 
ele. O nome indica que o fluido fica comprimido (seu volume diminui) conforme a 
pressão aumenta. Uma vez que os gases são fluidos compressíveis, eles requerem 
compressores, enquanto os líquidos requerem bombas, pois são praticamente 
incompressíveis. Os gases podem ser considerados incompressíveis para taxas de 
compressão muito baixas e são usados sopradores ou ventiladores. 
A pressão de um gás é aumentada por um compressor para: 
- Atingir um nível de pressão exigido por processos como: 
* Reações químicas que requerem pressão, temperatura, catalisador (função de 
compensação); 
* Armazenamento em cavidades subterrâneas; 
* Liquefação ou separação; 
* Ciclos de refrigeração; 
* Fornecimento de rede de ar comprimido (transmissão de energia); 
- Quedas de pressão de compensação relacionadas à circulação de um fluxo de gás em 
uma rede, como para: 
* Reações químicas incompletas que requerem gases não convertidos para serem 
reciclados (função de reciclagem); 
* Transporte de gás em gasoduto; 
Princípio Operacional 
Compressores de deslocamento positivo (por exemplo, um compressor alternativo): 
uma transferência mecânica de energia permite a redução física de um volume 
contendo o gás. 
Compressores dinâmicos (por exemplo, compressores centrífugos ou axiais): as forças 
aerodinâmicas fornecem ao gás energia que será convertida em pressão.