atividade 3 - SISTEMAS TÉRMICOS trocador de calor

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ATIVIDADE 3 – SISTEMAS TERMICOS 
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Muitas vezes nas indústrias dos mais diversos setores, a temperatura de operação dos processos é de suma importância. Isso pois é responsável pela ocorrência ou não de reações químicas, por seus rendimentos e velocidades. Nesse sentido, os trocadores são os equipamentos termodinâmicos que tornam possível o estabelecimento das substâncias envolvidas nos processos em uma temperatura ideal, do ponto de vista da segurança e efciência da produção. Ou seja, a partir da troca de calor entre dois fluidos postos em contato indireto, dentro do trocador, há um ajuste de temperatura da substância de interesse. Somado a isso, ao longo de todo processo industrial, há sempre uma parcela de energia que é desperdiçada. Essa energia quase sempre vem em forma de calor, o que representa, muitas vezes, gastos adicionais. Dessa maneira, os trocadores desempenham papel fundamental no aproveitamento energético, utilizando, por exemplo, o calor de correntes de vapor e condensado, que seriam descartadas, para aquecer substâncias de interesse do processo.
Um exemplo, na produção de bebidas lácteas, em uma indústria, antes do envase do produto, é necessário que seja realizada uma esterilização, mas, para isso, a temperatura do líquido deve atingir cerca de 145°C, através de trocadores de calor. Apesar de todos os trocadores de calor apresentarem o mesmo princípio, existem diversos tipos e cada um deles conta com mecanismos diferentes para efetuar a troca de calor entre os fluidos.
O trocador de casco e tubos, é o trocador de calor mais utilizado em diversas condições e capacidades de operação, sendo, pois, muito versátil. Diferentemente do trocador de placas, ele é composto, como o próprio nome já diz, por dois elementos principais: o casco e uma série de tubos dispostos em seu interior. Ao longo dos vários ductos, muitas vezes centenas, escoa um dos fluidos e, no exterior, entre o casco e os tubos, escoa um segundo. Vale ressaltar que o fluido de interesse para o qual deseja-se ajustar a temperatura pode escoar tanto dentro dos ductos internos quanto fora deles. Assim, é interessante que seja feita uma análise para verificar qual situação é a mais adequada. Dessa maneira, a segunda substância, geralmente vapor ou água líquida, escoa entre os tubos, ocorrendo, então, a troca térmica na superfície dos dutos. Isso mostra-se algo muito eficiente uma vez que, considerando-se o grande número de tubos presentes, a área super$cial de troca térmica é extensa, o que implica uma agilidade no ajuste de temperatura.
O trocador de placas consiste em uma série de pratos paralelos, que são colocados um sobre o outro, para permitir a formação de canais de fluido. Desse modo, possui duas passagens, uma para o fluido frio e outra para o quente que circulam em sentidos opostos (contracorrente). O fluido quente passa por um dos canais, ficando restrito a um dos lados da placa. Enquanto isso, o fluido frio passa pelo outro canal, ficando restrito ao lado oposto, sendo possível, assim, a troca térmica indireta. Um dispositivo que utiliza a troca através do modelo de placas são as instalações de energia solar, que transformam a energia térmica da radiação da luz solar em outro fluido de trabalho, a energia elétrica.
Trocadores tubulares possuem algumas variações em termos de geometria. Talvez o exemplo mais simples seja o condensador de Liebig, empregado em colunas de destilação laboratoriais. Nesse caso, tratam-se de dois tubos concêntricos destinados à condensação da corrente de topo da destilação. O destilado escoa pelo tubo interno enquanto é resfriado e, consequentemente, condensado, pelo fluido frio do tubo externo, o qual costuma ser água. Entretanto, para aplicações industriais, os trocadores tubulares costumam apresentar a con$guração de “grampo” (hairpin). Nessa geometria, todas as conexões de entrada e saída concentram-se em uma mesma extremidade. Além disso, muitas vezes, são observados mais de um tubo interno, o qual também pode contar com aletas para aumento da troca térmica. De maneira geral, pode-se classificar os trocadores tubulares nas categorias: bitubular linear, bitubular grampo, multitubular e aletados.
Um exemplo comum de trocador de calor é o radiador em um carro, no qual a fonte de calor, a água, sendo um fluido quente de refrigeração do motor, transfere calor para o ar fluindo através do radiador. Em outras aplicações são usados para refrigeração de fluidos, sendo os mais comuns, óleo e água e são construídos em tubos, onde, normalmente circula o fluido refrigerante (no caso de um trocador para refrigeração). O fluido a ser refrigerado circula ao redor da área do tubo, isolado por outro sistema de tubos (similar a uma Serpentina (duto) que possui uma ampla área geometricamente favorecida para troca de calor.