Já alguma vez se interrogou sobre os heróis desconhecidos dos processos industriais? Nesta publicação do blogue, vamos mergulhar no fascinante mundo dos permutadores de calor, os dispositivos essenciais que mantêm silenciosamente as nossas máquinas a funcionar sem problemas. Como engenheiro mecânico experiente, vou guiá-lo através dos vários tipos de permutadores de calor, das suas características únicas e da forma como transferem eficazmente o calor entre fluidos. Prepare-se para descobrir os designs engenhosos que tornam o nosso mundo moderno possível!
Cada segmento de revestimento é designado por "passagem única". O tubo interior (tubo de transferência de calor) da passagem é ligado por tubos em cotovelo em forma de U, enquanto o tubo exterior é ligado em filas com tubos curtos e fixado no suporte. O calor é transferido de um fluido para outro através da parede do tubo interior. Normalmente, o fluido quente (fluido A) é introduzido a partir da secção superior e o fluido frio (fluido B) é introduzido a partir da secção inferior. Ambas as extremidades do tubo exterior do invólucro estão ligadas ao tubo interior através de soldadura ou flanges. O tubo interior e o tubo em cotovelo em forma de U são ligados por flanges, facilitando a limpeza e o aumento ou diminuição dos tubos de transferência de calor. O comprimento efetivo de cada tubo de transferência de calor é de 4 a 7 metros. A área de transferência de calor deste permutador de calor pode atingir até 18 metros quadrados, tornando-o adequado para a troca de calor em pequena escala.
Tem uma estrutura simples e pode suportar alta pressão, tornando-o adequado para várias aplicações. Além disso, a área de transferência de calor pode ser facilmente ajustada para atender a diferentes necessidades.
Existem numerosas juntas entre os tubos que são propensas a fugas. Além disso, ocupa uma quantidade significativa de espaço e requer uma quantidade substancial de metal por unidade de superfície de transferência de calor.
A estrutura de um permutador de calor de cabeça flutuante é constituída por um cilindro, uma flange lateral da tampa da cabeça exterior, uma placa tubular da cabeça flutuante, um anel de gancho, uma tampa da cabeça flutuante, uma tampa da cabeça exterior, orifícios para parafusos, um anel de aço, etc. A conceção da cabeça flutuante de gancho e laço está representada na ilustração anexa.
Quando existe uma diferença de temperatura entre o tubo de permuta de calor e o invólucro, o invólucro ou o tubo de permuta de calor não se inibem mutuamente e não criam tensões de diferença de temperatura. O feixe de tubos pode ser retirado do invólucro para facilitar a limpeza no interior e entre os tubos.
A estrutura é complexa, resultando numa grande quantidade de materiais e custos. Se a vedação entre a tampa da cabeça flutuante e a placa do tubo flutuante não for estanque, pode provocar fugas internas, levando à mistura dos dois meios.
Este tipo de permutador de calor molda os tubos metálicos em várias formas adequadas ao recipiente e mergulha-os no líquido dentro do recipiente.
Tem uma estrutura simples e pode suportar alta pressão, e também pode ser feito de materiais resistentes à corrosão.
O grau de turbulência do líquido no contentor é baixo e o coeficiente de transferência de calor no exterior do tubo é reduzido. Para melhorar o coeficiente de transferência de calor, pode ser instalado um agitador no contentor.
O permutador de calor de placas é um equipamento ideal para efetuar a troca de calor entre líquidos e entre um líquido e um vapor. É um permutador de calor altamente eficiente constituído por uma série de placas onduladas chapas metálicas.
O princípio estrutural do permutador de calor de placas consiste em múltiplas folhas onduladas pressionadas umas contra as outras num intervalo fixo, seladas com juntas e mantidas no lugar por estruturas e parafusos de compressão. Os quatro cantos das placas e juntas formam os tubos de distribuição e recolha do fluido. Os fluidos frios e quentes são separados e fluem através dos canais de fluxo em ambos os lados de cada placa, onde ocorre a troca de calor através das placas.
O permutador de calor é composto por um deflector, um anel de compensação e um bocal de libertação de calor. Quando o fluido troca calor a uma temperatura elevada, o anel de compensação elimina a tensão térmica causada pela grande diferença de temperatura entre o invólucro e o feixe tubular, que resulta de diferentes taxas de expansão térmica.
O permutador de calor de placas com alhetas é um dispositivo de transferência de calor eficiente, compacto e leve. No passado, o seu elevado custo de fabrico limitava a sua utilização a algumas indústrias, como a aeroespacial, a eletrónica e a energia atómica. No entanto, tem sido gradualmente adotado no sector petroquímico e noutros sectores industriais. Existem várias formas estruturais de permutadores de calor de placas com alhetas, mas os elementos básicos permanecem os mesmos: duas placas metálicas finas paralelas com alhetas metálicas onduladas ou moldadas adicionadas entre elas para selar os lados, formando uma unidade básica de permuta de calor.
Um revestimento é instalado na parede exterior do contentor, criando um espaço entre o revestimento e o contentor que serve de caminho para o aquecimento ou meio de arrefecimento. No entanto, a superfície de transferência de calor é limitada pela parede do recipiente, o que resulta num baixo coeficiente de transferência de calor. Para melhorar o coeficiente e assegurar um aquecimento uniforme do líquido no recipiente, pode ser instalado um agitador. Além disso, podem ser instalados deflectores em espiral ou outras medidas de aumento da turbulência na camisa quando se introduz água de arrefecimento ou agentes de aquecimento sem mudança de fase, aumentando ainda mais o coeficiente de transferência de calor num dos lados da camisa.
Estrutura simples e processamento conveniente.
Pequena área de transferência de calor e baixa eficiência de transferência de calor.
O permutador de calor de tubo em U é composto por tubos de permuta de calor dobrados em forma de U, com ambas as extremidades fixadas na mesma placa de tubos. O invólucro e os tubos de permuta de calor são separados, permitindo que o feixe de tubos se expanda e contraia livremente sem gerar tensão de diferença de temperatura. Este permutador de calor tem uma estrutura simples, com apenas uma placa de tubos e sem cabeça flutuante. O feixe tubular pode ser facilmente extraído e instalado para limpeza, tornando-o conveniente para utilização.
No entanto, a forma de U dos tubos com diferentes raios de curvatura significa que apenas o tubo de permuta de calor mais exterior pode ser substituído se estiver danificado, enquanto os outros têm de ser bloqueados. Além disso, a folga no centro do feixe tubular causada pela limitada raio de curvatura dos tubos de permuta de calor pode resultar em curto-circuito do fluido, afectando o desempenho da transferência de calor.
As vantagens de um permutador de calor de tubo em U incluem:
A estrutura é simples, com apenas uma placa de tubo, menos superfícies de vedação, garantindo um funcionamento fiável e um baixo custo. O feixe de tubos pode ser facilmente removido para uma limpeza cómoda entre tubos.
O tubo é difícil de limpar;
Devido à exigência de um determinado raio de curvatura, a taxa de utilização da chapa tubular é baixa;
O espaçamento entre os tubos mais internos do feixe tubular é grande, causando potencial de curto-circuito no lado do casco;
Se o tubo interior se partir, não pode ser substituído e tem de ser bloqueado, o que leva a uma elevada taxa de desperdício.
O permutador de calor tubular é atualmente o tipo de permutador de calor mais utilizado na indústria química e na produção de álcool. É constituído por componentes como o casco, a chapa tubular, os tubos de permuta de calor, a cabeça e o deflector. Os materiais utilizados podem ser feitos de aço-carbono comum, cobre vermelho ou aço inoxidável.
No processo de permuta de calor, um fluido entra através de um tubo de ligação na cabeça, flui através dos tubos e sai através do tubo de saída na extremidade oposta da cabeça, referido como o lado do tubo.
Entretanto, outro fluido entra através de um tubo de ligação no casco e sai através de outro tubo de ligação, referido como o lado do casco num permutador de calor tubular.
O permutador de calor de placas em espiral é um equipamento de permuta de calor novo, eficiente e estável que pode funcionar bem em conjunto com várias unidades. Apresenta uma elevada eficiência de transferência de calor e uma forte fiabilidade de funcionamento, com baixa resistência.
No entanto, o permutador de calor de placas em espiral requer uma elevadasoldadura de qualidade e pode ser difícil de reparar. Além disso, devido ao seu grande peso e à sua fraca rigidez, devem ser tomadas precauções adicionais durante o transporte e a instalação.
Este tipo de permutador de calor envolve a fixação de tubos de permuta de calor em filas numa estrutura de aço. O fluido quente flui dentro dos tubos, enquanto a água de arrefecimento é distribuída uniformemente a partir do dispositivo de pulverização acima. É também conhecido como um arrefecedor por pulverização.
O coeficiente de transferência de calor no exterior do tubo é significativamente maior do que o de um permutador de calor de imersão devido à presença de uma camada de película líquida de alta turbulência no exterior do tubo. Além disso, estes permutadores de calor são frequentemente colocados em áreas com circulação de ar, e a evaporação da água de arrefecimento também remove algum do calor, o que ajuda a baixar a temperatura da água de arrefecimento e a aumentar a força motriz da transferência de calor.
Por conseguinte, o permutador de calor de tipo pulverização tem um efeito de transferência de calor muito melhorado em comparação com os permutadores de calor de tipo imersão.
Os tubos de calor são um tipo de componente de transferência de calor com elevada condutividade térmica. Transferem calor através da evaporação e condensação do meio de trabalho num invólucro de vácuo totalmente fechado.
Apresentam muitas vantagens, tais como elevada condutividade térmica, bom comportamento isotérmico, capacidade de alterar a área de transferência de calor tanto no lado quente como no lado frio, transferência de calor a longa distância, controlo da temperatura, etc.
No entanto, o inconveniente é a fraca resistência à oxidação e a resistência a altas temperaturas. Este problema pode ser resolvido através da instalação de um permutador de calor cerâmico à frente, o que resolve a questão da resistência a altas temperaturas e à corrosão.
Atualmente, os tubos de calor são amplamente utilizados em indústrias como a metalurgia, química, refinação de petróleo, caldeiras, cerâmica, transportes, têxteis ligeiros, maquinaria e outras. Como meio de recuperar o calor residual e utilizar a energia térmica no processo, os tubos de calor têm mostrado benefícios económicos notáveis.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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