Trocadores de Calor (1)

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IFBA - Instituição de Ciência e Tecnologia da Bahia
Trocadores de Calor
Paulo Afonso – BA
Setembro 2021
Davi Lucas, Guilherme Ribeiro, Gustavo Barbosa, Marcos Gomes, Lucas Vasconcellos, Luís Felipe, João Victor e Victor Silva.
Trocadores de Calor
Paulo Afonso – BA
Setembro 2021
Introdução
Normalmente em indústrias dos mais diversos setores, a temperatura de operação do processo é crítica. Isso porque ele é responsável pela ocorrência de reações químicas, sua produção e velocidade. Nesse sentido, sob a ótica da segurança e eficiência da produção, o trocador é um dispositivo termodinâmico que pode estabelecer as substâncias envolvidas no processo em uma temperatura ideal.
Definição de Trocadores de Calor
Um trocador de calor, como o nome sugere, é um dispositivo projetado para trocar ou transferir calor de um meio para outro sem contato direto entre eles. Na indústria, esse meio é um fluido, que pode ser líquido ou gasoso. Um exemplo de nossa troca diária é um ar condicionado. Possui sistema de bobinas contendo gás refrigerante. Nesse sentido, a bobina é responsável por separar fisicamente o ar do ambiente e dos fluidos, evitando que se misturem e permitindo a troca de calor. Também existe uma bomba para circular o fluido. Portanto, quando o ar ambiente quente entra no equipamento, ele transfere calor para o fluido mais frio na bobina. Como resultado, o ar ambiente é descarregado a uma temperatura mais baixa.
Partes de trocadores de calor
É composto por uma placa de estrutura, uma placa de pressão, uma barra superior, uma barra inferior e uma coluna. O tirante de aperto é usado para pressionar o grupo de placas. O tamanho e a quantidade de placas dependem da dimensão do dispositivo.
	
Classificação de acordo com processos de transferência
A classificação de trocadores de calor pode ser de acordo com o processo de transferência ou através do tipo de construção.
Nesta categoria, os trocadores de calor são divididos em contato indireto e contato direto.
Contato indireto
No trocador de calor de contato indireto, o fluido continua separado, o calor é continuamente transferido através da parede e o calor é transferido pela parede. O trocador de calor de contato indireto é dividido em transferência direta e armazenamento.
Tipo de Trocadores de Transferência Direta
Nesse tipo, o calor do fluido quente para o fluido frio flui continuamente através da parede que os separa. Não há mixagem entre eles, pois cada stream permanece em um canal separado. Esses trocadores de calor são chamados de trocadores de calor de recuperação ou simplesmente trocadores de calor. Alguns exemplos de trocadores de transferência direta são trocadores de placa, tubo e superfície estendida.
Os recuperadores representam a grande maioria de todos os trocadores de calor.
Trocadores de armazenamento 
No trocador de armazenamento, dois fluidos passam alternadamente pelo mesmo canal de troca de calor. A superfície de transferência de calor em boa parte tem uma estrutura nomeada de matriz. No caso do aquecimento, o fluido quente passa pela superfície de transferência de calor e a energia térmica é armazenada na matriz. Posteriormente, quando o fluido frio passa pelo mesmo canal, a matriz solta a energia térmica, o oposto é verdadeiro na refrigeração. Este tipo de trocadores também é denominado de regenerador.
Trocadores de calor de contato direto
Trocador de calor de contato direto, mistura de fluidos. As aplicações comuns de trocadores de calor de contato direto envolvem transferência de massa além da transferência de calor, e as aplicações que envolvem apenas transferência de calor são raras. Comparado com trocadores de calor de contato indireto e acumuladores de calor, uma taxa de transferência de calor muito alta é alcançada. Sua estrutura é relativamente barata. O aplicativo é limitado a situações em que dois fluxos podem entrar em contato diretamente, como as torres de resfriamento.
Classificação de acordo com o tipo de construção
Os trocadores variam de acordo com o tipo de construção, sendo eles os tubos, placas, superfície estendida e trocadores de calor regenerativos. Existem outras opções, mas o grupo principal é este.
Trocadores tubulares
Geralmente são feitos de tubos redondos, que variam de fabricante para fabricante. Eles são usados ​​para aplicações de transferência de calor líquido em uma ou duas fases. Eles são mais eficazes em aplicações de transferência de calor de gás , especialmente quando a pressão e ou temperatura de operação são muito altas e outros tipos de trocadores de calor não podem operar. Esses trocadores de calor podem ser divididos em tipo casca e tubo, tipo tubo duplo e tipo espiral.
Trocadores de carcaça e tubo
O trocador consiste em um tubo e um invólucro. Um fluido passa pelo tubo e o outro fluido passa pelo espaço entre o alojamento e o tubo. Dependendo da transferência de calor necessária, desempenho, queda de pressão e métodos usados ​​para reduzir o estresse térmico, evitar vazamentos, facilidade de limpeza, controlar a pressão de trabalho e alta temperatura, controlar a corrosão, etc. Esses trocadores têm muitas estruturas diferentes.
Trocadores de calor de carcaça e tubo são mais comumente usados ​​em qualquer capacidade e condições de operação, como alta pressão e alta temperatura, ambientes altamente corrosivos, fluidos muito viscosos, misturas de múltiplos componentes, etc. São trocadores muito versáteis, feitos de diversos materiais e tamanhos, e são amplamente utilizados em indústrias.
Trocador de tubo duplo 
O trocador de calor de tubo duplo consiste em dois tubos concêntricos. Um fluido flui através do tubo interno na direção de contracorrente e o outro fluido flui através da porção anular entre os tubos. Este é provavelmente o mais simples de todos os tipos de trocadores de calor porque é fácil de manter. Geralmente é usado para aplicações de pequeno volume. 
Trocador de calor em serpentina
O tipo de trocador de calor consiste em uma ou mais bobinas em tubos circulares dispostas em uma concha. A transferência de calor associada aos tubos espirais é maior do que a dos tubos duplos.
Além disso, o uso de bobinas pode acomodar uma grande superfície em um determinado espaço. A expansão térmica não é um problema, mas a limpeza é um grande problema. 
Trocadores de calor tipo placa
Este tipo de conversor geralmente consiste em uma placa lisa ou com alguma forma de amassados. Geralmente, este tipo de trocador não pode suportar pressões muito altas em comparação com trocadores tubulares equivalentes.
Normas Trocadores de Calor
A associação americana de fabricantes de trocadores de calor (Tubular Exchangers Manufacturers Association - TEMA) fez uma padronização de tipos de trocadores convencionais abrangendo a maioria dos modelos usualmente empregados em indústrias de processo. Nessa padronização cada tipo é designado por uma sigla de três letras, das quais a primeira indica o tipo de carretel, a segunda o tipo de casco e a terceira o tipo da extremidade oposta ao carretel.
Projeto de construção de trocadores de calor.
Normas de construção e inspeção de trocadores de calor
Todo projeto de troca de calor deve atender às normas internacionais, pegando exemplos o TEMA e a ASME. A inspenção de trocador ela é enquadrada na norma NR-13, que é obrigatória no Brasil.
As partes que são submetidas á pressão, como espelhos, tubos e costado, elas são verificadas durante a inspenção em trocador de calor. Os ensaios não destrutivos com a também finalidade de confirmar ou não confirmar a integridade do equipamento.
 Os procedimentos de inspensão em trocadores de calor são determinados pelo profissional que foi habilitado para fazer esse tipo de procedimento; porém de deve ser verificado pelos requisitos mínimos que são determinados pela NR-13. 
Os ensaios não destrutivos têm como principal objetivo identificar as possíveis causas de falhas da qual possam comprometer a segurança dos trabalhadores, dos equipamentose das instalações. O período entre a inspeção em trocadores de calor depende de sua categoria, é definida em função dos volumes, pressões das partes que são pressurizadas e tipos de temperaturas dos fluidos de operação.
Realizar a inspenção em um trocador de calor é muito importante de forma periódica, com o objetivo de identificar os defeitos com antecipação e possam evitar os vazamentos, o que poderia resultar em um mal funcionamento do produto, em casos amenizados; porém pode acontecer o colapso total no maquinário, em casos mais agressivos. É de alta importância e indicação a inspeção em trocador de calor, pois esse tipo de serviço oferece mais vantagem em comparação a métodos antigos, já que não é necessário o uso de acoplantes e nem de introduzir sondas. Por ser um serviço de desenvolvimento de alta tecnologia, o trocador de calor pode ser inspecionado de forma rápida e prática, mesmo em caso de corrosão ou consequências mais complicadas. Portanto, é importante lembrar que a inspeção do trocador de calor deve estar em total conformidade com os requisitos regulamentares, realizada por profissionais experientes e orientados para o melhor atendimento.
Desenhos de fabricação
Testes de estanqueidade aplicáveis
O teste de pressão hidrostática é a aplicação de pressão em trocadores de calor para verificar a estanqueidade de conexões de flanges, soldas e estruturas, tendo como principal componente água ou fluido não corrosivo
Quando você deseja detectar problemas internos ou observar a contaminação do fluido durante a operação, o equipamento deve ser testado quanto à pressão.
A Coldclima possui uma equipe especializada em testes hidrostáticos e detecção de vazamentos, e utiliza equipamentos compatíveis para este trabalho de acordo com os padrões ASME, API e TEMA.
Manutenção de trocadores de calor
O serviço de reparo de trocadores de calor inspeciona o equipamento e corrige falhas para evitar que a produção de uma indústria seja afetada pelo trocador de calor. Portanto, recomenda-se que a manutenção do trocador de calor não seja apenas corretiva, mas também preventiva.
A inspeção visual ocorre (como o próprio nome sugere) de forma que a checagem tem como principal meio a imagem do que está sendo visto. A RVI (Remote Visual Inspecion) é utilizada para termos acesso de visão em locais de difícil acesso nos tubos. Os videoscópios contam com recepção estática para capturar vídeos e imagens de dentro dos aparelhos, essas imagens são projetadas em uma tela LCD. Com essa tecnologia, o inspecionando pode averiguar se no interior do tubo há alguma falha ou defeito. Essa técnica de inspeção é rápida e fácil por conta de sua praticidade, só precisa ligar o videoscópio e começar a inspeção.
Podemos observar: a condição do tubo pela corrosão interna, a forma de U do tubo, passíveis defeitos.
A inspeção visual ocorre (como o próprio nome sugere) de forma que a checagem tem como principal meio a imagem do que está sendo visto. A RVI (Remote Visual Inspecion) é utilizada para termos acesso de visão em locais de difícil acesso nos tubos. Os videoscópios contam com recepção estática para capturar vídeos e imagens de dentro dos aparelhos, essas imagens são projetadas em uma tela LCD. Com essa tecnologia, o inspecionando pode averiguar se no interior do tubo há alguma falha ou defeito. Essa técnica de inspeção é rápida e fácil por conta de sua praticidade, só precisa ligar o videoscópio e começar a inspeção.
Podemos observar: a condição do tubo pela corrosão interna, a forma de U do tubo, passíveis defeitos. 
A inspeção visual ocorre (como o próprio nome sugere) de forma que a checagem tem como principal meio a imagem do que está sendo visto. A RVI (Remote Visual Inspecion) é utilizada para termos acesso de visão em locais de difícil acesso nos tubos. Os videoscópios contam com recepção estática para capturar vídeos e imagens de dentro dos aparelhos, essas imagens são projetadas em uma tela LCD. Com essa tecnologia, o inspecionando pode averiguar se no interior do tubo há alguma falha ou defeito. Essa técnica de inspeção é rápida e fácil por conta de sua praticidade, só precisa ligar o videoscópio e começar a inspeção.
Podemos observar: a condição do tubo pela corrosão interna, a forma de U do tubo, passíveis defeitos.
Plugueamento é a uma técnica utilizada na manutenção de um trocador de calor, ela consiste em colocar um objeto na forma de um cone na extremidade do tubo que está vazando. 
O propósito do plugueamento de tubos é a vedação em casos que ocorrem o vazamento na tubulação dos trocadores de calor.
Considerações Finais
Após estudarmos sobre os variados tópicos sobre os trocadores de calor, entendemos o seu funcionamento e como é feito todo o seu processo de manutenção para que seja feito da melhor maneira possível e correta. Entendemos suas funcionalidades e importância para as indústrias.
Referências
https://www.olympus-ims.com/pt/insight/a-faster-way-to-inspect-heat-exchanger-tubes/
https://dedambiental.com.br/hidrojateamento-voce-sabe-o-que-e/
https://www.termotek.com.br/manutencao-trocador-calor
Trocadores de Calor.polo.ufsc - pdf
https://www.coldclima.com.br/inspecao/testes-hidrostaticos
https://www.awpengenharia.com.br/inspecao-trocador-calor
https://dedambiental.com.br/hidrojateamento-voce-sabe-o-que-e/
https://www.olympus-ims.com/pt/insight/a-faster-way-to-inspect-heat-exchanger-tubes/