trocadores calor 2014

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TROCADORES DE CALOR 
 
TROCADORES DE CALOR 
 
ou 
 
TRANSFERIDORES DE 
CALOR? 
 
 
 
 
 
 
FORMAS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR 
Convecção 
 
Condução 
 
Radiação 
 
FORMAS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR 
CONDUÇÃO 
 Movimentos microscópicos; 
 Presença de matéria; 
 Requer contato; 
 Isolantes e condutores; 
 Q = U . A . ΔT 
 Q=Calor transferido por unidade de tempo; 
 U=Coeficiente global de transferência de calor; 
 A=Área disponível para fluxo de calor; 
 ΔT=Diferença de temperatura. 
 
 
CONVECÇÃO 
 Movimentos macroscópicos; 
 Presença de matéria; 
 Transporte de massa; 
 Natural e forçada; 
 Q = h . A . ΔT 
 Q=Calor transferido por unidade de tempo; 
 h=coeficiente de transferência por convecção; 
 A=Área disponível para fluxo de calor; 
 ΔT=Diferença de temperatura. 
 
RADIAÇÃO 
 Ondas eletromagnéticas; 
 Ausência de matéria; 
 Propagação retilínea; 
 Proporcional à temperatura absoluta elevada à 
quarta potência; 
 Q = ε . σ . [(T1)
4-(T2)
4] 
 Q=Calor transferido por unidade de tempo; 
 ε=Emissividade do corpo; 
 σ=Constante de Stefan-Boltzamann; 
 T=Temperatura absoluta da superfície. 
 
 
 CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO TIPO: 
• Resfriador (Cooler) – usa água ou ar; 
• Refrigerador (Chiller) – usa amônia, freon, etc; 
• Condensador (condenser) – retira calor de um vapor 
causando a sua condensação; 
• Aquecedor (Heater) – usa vapor d’água 
• Vaporizador (Vaporizer) – cede calor para vaporizar 
um líquido de processo; 
• Trocador de Calor (Heat Exchanger) – ambos os 
fluidos são de processo e importantes. 
• Refervedor (Reboiler) – Vaporiza o produto do fundo 
da torre atm; 
• Gerador de Vapor – gera vapor d`água, aproveitando 
calor 
 
 CLASSIFICAÇÃO QUANTO À FORMA: 
• Permutadores Casco e Tubos: Feixe de tubos envolvido por 
um casco. É o mais empregado na indústria de petróleo. 
•Com espelhos fixos; 
•Com espelho flutuante; 
•Com tubos em U. 
• Permutadores de Placas: menor custo; melhor troca; ocupa 
pouco espaço; restrição quanto a pressão e temperatura; não são 
indicados para gases e vapores; 
• Permutadores Bitubulares: compactos; adequados para 
pressões elevadas; bom quando a carga térmica é pequena; 
• Resfriadores a Ar (Air Coolers): usados quando há 
impossibilidade para obtenção de água para resfriamento. 
 
AIR COOLER 
Feed 
Top product 
Reflux condenser 
Reboiler 
Column 
USO NA INDÚSTRIA 
Boiler Condenser 
Steam turbine 
Feedwater 
heater 
USO NA INDÚSTRIA 
 Componentes 
 Cabeçotes 
 Casco 
 Feixe 
 
 Cabeçotes 
 De Entrada e de Retorno 
 Tipos 
 Características 
 
 Casco 
Tipos 
Características 
TROCADORES CASCO-TUBOS 
TIPOS DE CABEÇOTES CASCO 
ESCOLHA DO TIPO MAIS ADEQUADO: operação, manutenção e inspeção 
1) Cabeçote de Entrada 
• A: inspeção visual facilitada. Ideal para fluido sujo e corrosivo; 
• B: Desmontagem mais difícil, havendo necessidade de desconectar as 
tubulações; 
• C: uma junta a menos; mais difícil sacar; ideal para pressões mais 
elevadas; 
• N: não permite sacar o feixe; fluido do casco limpo – gera pouco depósito; 
2) Cabeçote de Retorno 
• L, M e N são similares aos tipos A, B e N. Espelhos fixos: só devem ser 
usados para baixo ∆T e p/ fluidos limpos que causem poucos sedimentos ou 
que sejam de fácil limpeza; 
• S e T: Cabeçote flutuante. Facilidade de manutenção. São os mais 
empregados. O T é mais fácil de sacar, mas requer maior diâmetro e uso de 
barras de selagem. 
DEFINIÇÃO 
Os trocadores de calor são equipamentos 
que possibilitam a transferência de calor 
entre dois fluidos que estão em 
temperaturas diferentes, através de uma 
interface, geralmente metálica. 
Intercambiador 
Quando há transferência de calor entre dois 
fluidos de processo, sem que estes se 
misturem. 
Resfriador 
Utilizando água, possibilita o resfriamento 
de fluidos do processo. 
Condensador 
Efetua a passagem de um fluido de 
processo no estado vapor para o estado 
líquido, através da transferência de calor 
deste fluido para um outro frio, 
geralmente água. 
 
Refervedor ou Reboiller 
Quando vaporiza um fluido de processo por 
meio de vapor d'água ou outro fluido 
quente. 
Aquecedor 
Quando aquece o fluido do processo por 
meio do vapor d'água ou outro fluido 
quente. 
Fluxo paralelo 
Fluxo contra-corrente 
Fluxo cruzado 
Trocador de calor por contato 
direto entre os fluidos 
 As propriedades físicas de maior interesse na troca térmica são: 
1. Condutibilidade térmica; 
2. Densidade; 
3. Viscosidade ; 
4. Calor específico. 
 
- NATUREZA E CARACTERÍSTICAS DOS FLUIDOS 
 
 Além das propriedades físicas é preciso ter em conta características 
como: 
- Corrosividade; 
- Toxidez; 
- Periculosidade e 
- Inflamabilidade. 
Saque do feixe tubular 
Saque do feixe tubular 
CHICANAS 
OBJETIVAM 
 
 
Melhorar a troca térmica; 
 
Proporcionar rigidez ao posicionamento dos tubos. 
TROCADOR DE CALOR DE 
CABEÇOTE FLUTUANTE 
-O espelho é móvel, permite o movimento 
entre casco e tubos ou uma expansão térmica 
diferencial entre o feixe de tubos e o casco; 
 
- O feixe de tubos pode ser removido para 
inspeção, limpeza exterior ou troca dos tubos. 
Pode-se fazer a manutenção de cabeçotes, e 
outros componentes no lado do casco, e 
também fazer a limpeza no interior dos tubos. 
 
TROCADOR DE CALOR DE CABEÇOTE 
FLUTUANTE 
TROCADOR TUBOS EM U 
-Simplicidade de fabricação; 
 
-Fácil remover o feixe de tubos, sendo portanto o tipo 
mais econômico; 
 
-A seção dobrada em U é livre para expandir-se no lado 
casco; 
 
-O fluido que escoa nos tubos deve ser limpo, devido à 
dificuldade de limpeza dos tubos dobrados; 
 
- Difícil a substituição dos tubos individualmente. 
 
TROCADOR TUBOS EM U 
TROCADOR DE PLACAS 
TROCADOR DE PLACAS 
Placas corrugadas para causar maior turbulência. 
 
 
São utilizados quando: 
 
a) Pressão menor que 30 bar; 
b) Temperatura até 260 C; 
c) Volumes pequenos de vapor ou gás. 
Vantagens do TC 
de placas???? 
Fácil substituição das placas; 
Flexibilidade operacional; 
Grande área de troca em pouco espaço; 
Menor incrustação devido à turbulência; 
Dispensa isolamento térmico; 
Não há contato entre os fluidos; 
PROJETO DE UM TROCADOR DE CALOR 
ASPECTOS OPERACIONAIS DE TC 
TEMPERATURA 
As temperaturas de entrada e saída (temperaturas 
terminais) dependem das exigências do processo. 
 
É importante especificar, além do valor nominal desejado, 
qual a faixa de tolerância que reflete diretamente nos 
aspectos de operação, instrumentação e controle do 
processo. 
 
Valores das temperaturas terminais muito elevados 
demandam , por exemplo, o uso de materiais de 
construção mais nobres, uso de juntas de expansão etc. 
 
ASPECTOS OPERACIONAIS DE TC 
TEMPERATURA 
Na colocação em operação, geralmente, deve primeiro ser 
introduzido o fluido que apresente a temperatura mais 
próxima à temperatura ambiente e, após, o fluido com a 
maior diferença de temperatura em relação ao ambiente; 
 
Na retirada da operação, geralmente deve ser primeiro 
retirado o fluido com a maior diferença de temperatura em 
relação ao ambiente, sendo seguido da remoção do fluidoque apresente a temperatura mais próxima em relação à 
temperatura ambiente 
PRESSÃO 
As pressões são ditadas pelas exigências específicas do 
processo de troca térmica. 
Para pressões mais altas a espessura das paredes do TC 
deve ser naturalmente maior e sistemas de segurança 
adequados precisam ser previstos. 
 
Em algumas situações, por motivo de segurança ou 
condições do processo (contaminação), a pressão de um 
dos fluidos pode ser maior. 
 
ASPECTOS OPERACIONAIS DE TC 
VELOCIDADE DO ESCOAMENTO 
Quanto maior a velocidade de escoamento maior a 
intensidade de turbulência e consequentemente menor 
será a área do trocador necessária para uma dada carga 
térmica. 
 
Turbulência intensa também implica num atrito maior e 
uma perda de carga maior. 
 
ASPECTOS OPERACIONAIS DE TC 
VELOCIDADE DO ESCOAMENTO 
 
Uma velocidade muito pequena pode favorecer o depósito 
de sujeira difícil de ser removida. 
 
Uma velocidade exageradamente alta pode acarretar uma 
erosão intensa. 
 
ASPECTOS OPERACIONAIS DE TC 
VELOCIDADE DO ESCOAMENTO 
 
Valores recomendados pela literatura para a velocidade de 
escoamento em um TC. 
 
ASPECTOS OPERACIONAIS DE TC 
PERDA DE CARGA ADMISSÍVEL 
 
A perda de carga é a queda de pressão entre a entrada e a 
saída do fluido. 
 
Uma perda de carga excessiva representa um consumo 
operacional de energia elevado. 
 
Na saída do trocador de calor, o fluido precisa ter ainda 
uma pressão suficiente para vencer as perdas 
subsequentes. 
 
ASPECTOS OPERACIONAIS DE TC 
PERDA DE CARGA ADMISSÍVEL 
 
A literatura aponta alguns valores da perda de carga 
admissível em um TC. 
De forma geral, deve-se trabalhar com um valor de perda de carga o mais próximo 
possível do admissível. 
ASPECTOS OPERACIONAIS DE TC 
PRESENÇA DE SUJEIRA 
 
Aumenta a resistência à transferência de energia, 
diminuindo a eficiência de troca térmica e pode obstruir a 
passagem do fluido, aumentando a sua perda de carga. 
 
A formação dos depósitos pode ser devida à sedimentação, 
à polimerização, cristalização, coqueamento, corrosão, 
dentre outras. 
 
Esses mecanismos podem ocorrer independente ou 
paralelamente. 
ASPECTOS OPERACIONAIS DE TC 
PRESENÇA DE SUJEIRA 
 
Para facilitar a quantificação costuma-se usar um 
parâmetro definido como fator de incrustação ou fator de 
sujeira ("fouling factor"). 
 
A literatura dispõe de valores orientativos para esse fator, 
dada a complexidade dos casos. 
ASPECTOS OPERACIONAIS DE TC 
LOCALIZAÇÃO DOS FLUIDOS 
 
a) Fluido com maior tendência à incrustação deve circular 
dentro dos tubos. 
 Facilidade de limpeza; 
 Velocidade de escoamento mais uniforme. 
 
 
b) Fluido corrosivo – circula dentro dos tubos. 
 O material de construção e o grau de acabamento do 
casco podem, assim, ser diferentes e mais baratos. 
 
ASPECTOS OPERACIONAIS DE TC 
FLUIDOS LETAIS E TÓXICOS 
Devem circular preferencialmente por dentro dos tubos, a 
estanqueidade é mais simples de ser garantida dessa forma. 
ASPECTOS OPERACIONAIS DE TC 
Testes hidrostáticos 
LIMPEZA DE TCs 
Não deve ser utilizado vapor para limpar um tubo 
individualmente pois isso causaria um aquecimento 
diferenciado que poderia levar ao comprometimento 
da ligação tubo/espelho. 
LIMPEZA DE TCs 
ISOLAMENTO TÉRMICO NOS TCs 
ISOLAMENTO TÉRMICO NOS TCs 
Limpeza dos tubos 
NORMAS QUE REGULAM OS TCs 
Norma TEMA – TUBULAR EXCHANGER MANUFACTURERS 
ASSOCIATION 
 
 
 
Orientação para engenheiros, fabricantes, instaladores e outros profissionais 
que trabalhem com permutadores de calor. 
 
 Constam orientações baseadas nos princípios da engenharia, situações 
práticas. 
MODELOS DE TROCADORES 
DE CALOR 
Norma TEMA 
Informações complementares 
Corrosão em um 
recuperador de 
calor de caldeira 
 
Formação do 
H2SO4