Você já se perguntou sobre os heróis desconhecidos dos processos industriais? Nesta postagem do blog, vamos mergulhar no fascinante mundo dos trocadores de calor, os dispositivos essenciais que mantêm silenciosamente nossas máquinas funcionando sem problemas. Como engenheiro mecânico experiente, eu o guiarei pelos vários tipos de trocadores de calor, suas características exclusivas e como eles transferem calor entre fluidos com eficiência. Prepare-se para descobrir os projetos engenhosos que tornam nosso mundo moderno possível!
Cada segmento de revestimento é chamado de "passagem única". O tubo interno (tubo de transferência de calor) da passagem é conectado por tubos em cotovelo em forma de U, enquanto o tubo externo é conectado em fileiras com tubos curtos e fixado no suporte. O calor é transferido de um fluido para outro através da parede do tubo interno. Normalmente, o fluido quente (fluido A) é introduzido pela seção superior, e o fluido frio (fluido B) é introduzido pela seção inferior. As duas extremidades do tubo externo do revestimento são conectadas ao tubo interno por meio de solda ou flanges. O tubo interno e o tubo em cotovelo em forma de U são conectados por flanges, o que facilita a limpeza e o aumento ou a 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 desse trocador de calor pode chegar a 18 metros quadrados, o que o torna adequado para troca de calor em pequena escala.
Ele tem uma estrutura simples e pode suportar alta pressão, o que o torna adequado para várias aplicações. Além disso, a área de transferência de calor pode ser facilmente ajustada para atender a diferentes necessidades.
Há várias juntas entre os tubos que são propensas a vazamentos. Além disso, ele 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 trocador de calor com cabeçote flutuante consiste em um cilindro, um flange lateral da tampa do cabeçote externo, uma placa de tubo do cabeçote flutuante, um anel de gancho, uma tampa do cabeçote flutuante, uma tampa do cabeçote externo, orifícios para parafusos, um anel de aço, entre outros. O projeto do cabeçote flutuante de gancho e argola está representado na ilustração a seguir.
Quando houver uma diferença de temperatura entre o tubo de troca de calor e o invólucro, o invólucro ou o tubo de troca de calor não inibirão um ao outro e não criarão estresse de diferença de temperatura. O feixe de tubos pode ser retirado da carcaça para facilitar a limpeza interna e entre os tubos.
A estrutura é complexa, resultando em uma grande quantidade de materiais e custos. Se a vedação entre a tampa do cabeçote flutuante e a placa do tubo flutuante não for estanque, poderá ocorrer vazamento interno, levando à mistura dos dois meios.
Esse tipo de trocador de calor molda os tubos de metal em várias formas adequadas ao recipiente e os mergulha no líquido dentro do recipiente.
Ele tem uma estrutura simples e pode suportar alta pressão, além de ser feito de materiais resistentes à corrosão.
O grau de turbulência do líquido no contêiner é baixo, e o coeficiente de transferência de calor na parte externa do tubo é pequeno. Para melhorar o coeficiente de transferência de calor, um agitador pode ser instalado no contêiner.
O trocador de calor a placas é um equipamento ideal para realizar a troca de calor entre líquidos e entre um líquido e um vapor. É um trocador de calor altamente eficiente composto por uma série de placas corrugadas chapas metálicas.
O princípio estrutural do trocador de calor a placas consiste em várias chapas corrugadas pressionadas juntas em um intervalo fixo, vedadas com gaxetas e mantidas no lugar por estruturas e parafusos de compressão. Os quatro cantos das placas e das gaxetas formam os tubos de distribuição e coleta do fluido. Os fluidos frio e quente são separados e fluem pelos canais de fluxo em ambos os lados de cada placa, onde ocorre a troca de calor através das placas.
O trocador de calor é composto por um defletor, um anel de compensação e um bocal de liberação de calor. Quando o fluido troca calor em alta temperatura, o anel de compensação elimina o estresse térmico causado pela grande diferença de temperatura entre o casco e o feixe tubular, que resulta de diferentes taxas de expansão térmica.
O trocador de calor com aletas de placa é um dispositivo de transferência de calor eficiente, compacto e leve. No passado, seu alto custo de fabricação limitava seu uso a alguns setores, como o aeroespacial, o eletrônico e o de energia atômica. No entanto, ele foi gradualmente adotado nos setores petroquímico e em outros setores industriais. Há várias formas estruturais de trocadores de calor de aletas de placa, mas os elementos básicos permanecem os mesmos: duas placas de metal finas paralelas com aletas de metal corrugadas ou moldadas adicionadas entre elas para vedar as laterais, formando uma unidade básica de troca de calor.
Uma jaqueta é instalada na parede externa do contêiner, criando um espaço entre a jaqueta e o contêiner que serve como um caminho para o aquecimento ou para a meio de resfriamento. No entanto, a superfície de transferência de calor é limitada pela parede do recipiente, o que resulta em um baixo coeficiente de transferência de calor. Para melhorar o coeficiente e garantir o aquecimento uniforme do líquido no recipiente, pode ser instalado um agitador. Além disso, defletores em espiral ou outras medidas de aumento de turbulência podem ser instalados na camisa quando a água de resfriamento ou os agentes de aquecimento sem mudança de fase são introduzidos, aumentando ainda mais o coeficiente de transferência de calor em um lado da camisa.
Estrutura simples e processamento conveniente.
Pequena área de transferência de calor e baixa eficiência de transferência de calor.
O trocador de calor de tubo em forma de U é composto por tubos de troca de calor dobrados em forma de U, com ambas as extremidades fixadas na mesma placa de tubo. O casco e os tubos de troca de calor são separados, permitindo que o feixe de tubos se expanda e se contraia livremente sem gerar tensão de diferença de temperatura. Esse trocador de calor tem uma estrutura simples, com apenas uma placa de tubos e sem cabeçote flutuante. O feixe tubular pode ser facilmente extraído e instalado para limpeza, o que torna seu uso conveniente.
No entanto, o formato em U dos tubos com diferentes raios de curvatura significa que somente o tubo de troca de calor mais externo pode ser substituído se estiver danificado, enquanto os outros devem ser bloqueados. Além disso, a lacuna no centro do feixe de tubos causada pela limitação de raio de curvatura dos tubos de troca de calor pode resultar em curto-circuito do fluido, afetando o desempenho da transferência de calor.
As vantagens de um trocador de calor com tubo em forma de U incluem:
A estrutura é simples, com apenas uma placa de tubo e menos superfícies de vedação, garantindo uma operação confiável e de baixo custo. O feixe de tubos pode ser facilmente removido para facilitar a limpeza entre os 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 interno se romper, ele não poderá ser substituído e deverá ser bloqueado, levando a uma alta taxa de refugo.
O trocador de calor tubular é atualmente o tipo de trocador de calor mais usado na indústria química e na produção de álcool. Ele é composto por componentes como casco, chapa tubular, tubos de troca de calor, cabeçote e defletor. Os materiais usados podem ser feitos de aço carbono comum, cobre vermelho ou aço inoxidável.
No processo de troca de calor, um fluido entra por um tubo de conexão no cabeçote, flui através dos tubos e sai pelo tubo de saída na extremidade oposta do cabeçote, chamada de lado do tubo.
Enquanto isso, outro fluido entra por um tubo de conexão no casco e sai por outro tubo de conexão, chamado de lado do casco em um trocador de calor tubular.
O trocador de calor Spiral Plate é um equipamento de troca de calor novo, eficiente e estável que pode funcionar bem em conjunto com várias unidades. Ele apresenta alta eficiência de transferência de calor e grande confiabilidade de operação, com baixa resistência.
No entanto, o trocador de calor Spiral Plate requer altasoldagem de qualidade e pode ser difícil de consertar. Além disso, devido ao seu grande peso e pouca rigidez, deve-se ter cuidado extra durante o transporte e a instalação.
Esse tipo de trocador de calor envolve a fixação de tubos de troca de calor em fileiras em uma estrutura de aço. O fluido quente flui dentro dos tubos, enquanto a água de resfriamento é distribuída uniformemente pelo dispositivo de pulverização acima. Também é conhecido como resfriador por spray.
O coeficiente de transferência de calor fora do tubo é significativamente maior do que o de um trocador de calor do tipo imersão devido à presença de uma camada de filme líquido de alta turbulência fora do tubo. Além disso, esses trocadores de calor geralmente são colocados em áreas com circulação de ar, e a evaporação da água de resfriamento também remove parte do calor, o que ajuda a diminuir a temperatura da água de resfriamento e a aumentar a força motriz da transferência de calor.
Portanto, o trocador de calor do tipo spray tem um efeito de transferência de calor muito melhor em comparação com os trocadores de calor do tipo imersão.
Os tubos de calor são um tipo de componente de transferência de calor com alta condutividade térmica. Eles transferem calor por meio da evaporação e condensação do meio de trabalho em um invólucro a vácuo totalmente fechado.
Eles têm muitas vantagens, como alta condutividade térmica, bom comportamento isotérmico, capacidade de alterar a área de transferência de calor nos lados quente e frio, transferência de calor a longa distância, controle de temperatura e muito mais.
No entanto, a desvantagem é a baixa resistência à oxidação e à alta temperatura. Isso pode ser resolvido com a instalação de um trocador de calor de cerâmica na frente, o que resolve o problema da resistência a altas temperaturas e à corrosão.
Atualmente, os tubos de calor são amplamente utilizados em setores como metalurgia, química, refino de petróleo, caldeiras, cerâmica, transporte, têxteis leves, maquinário e outros. Como um meio de recuperar o calor residual e utilizar a energia térmica no processo, os tubos de calor apresentaram benefícios econômicos notáveis.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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