Trocador de calor: definição, funcionamento, tipos e aplicações

O que é um trocador de calor?

O trocador de calor é um equipamento que transfere continuamente calor de um meio para outro. Em termos de funcionamento, existem dois tipos principais: diretos e indiretos.

Os trocadores de calor direto são aplicáveis em meios que estão em contato direto e não se misturam. Um bom exemplo são as torres de resfriamento, que resfriam a água por meio do contato direto com o ar. 

Nas aplicações de trocadores de calor indireto, os meios são separados por uma parede responsável pela transferência de calor. Eles estão disponíveis em vários tipos: a placa, tubo, espiral, etc. 

Na maioria dos casos, os trocadores a placa oferecem melhores soluções para problemas térmicos, fornecendo amplos limites de pressão e temperatura alinhados aos padrões do equipamento.

que es un intercambiador de calor

Teoria da transferência de calor

Pelas leis naturais da física, quando há uma diferença de temperatura, o calor sai do corpo ou fluido mais quente e é transferido para o meio mais frio. Um trocador de calor segue este princípio para alcançar a equalização. 

Com um trocador de calor a placas, o calor penetra na superfície, separando o meio quente do frio com facilidade. Desta forma, é possível aquecer ou resfriar fluidos ou gases com níveis mínimos de energia.

A teoria da transferência de calor é determinada por três regras básicas:

  • O calor sempre é transferido de um meio quente para um meio frio
  • Os meios sempre devem apresentar diferença de temperatura
  • O calor perdido pelo meio quente é igual à quantidade de calor ganho pelo meio frio, exceto pelas perdas para os arredores

Tipos de trocadores de calor

Como mencionamos, existem dois tipos principais de trocadores de calor:

  • Trocador de calor direto, onde os fluidos não se misturam (torre de resfriamento).
  • Trocador de calor indireto, no qual dois fluidos são separados por uma superfície pela qual o calor é transferido. 

Neste momento, abordaremos apenas os trocadores de calor indiretos, disponíveis em vários modelos Alfa Laval. 

Os principais tipos de trocador de calor utilizados pela indústria são:

Trocador de calor a placas brasado

intercambiador-calor-placas-soldadas.jpg

A escolha ideal para:

  • Temperaturas extremas (até 550 ºC)
  • Espaços pequenos
  • Pressões extremamente altas

Benefícios:

  • Eficiência na transferência de calor (solda das placas de cobre)
  • Livre de manutenção
  • Longa vida útil

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Trocador de calor a placas por fusãointercambiador-de-calor-soldado-inoxidable.jpg

A escolha ideal para:

  • Temperaturas extremas (até 550 ºC)
  • Área de higiene de água potável
  • Meios agressivos

 

Benefícios:

  • Eficiência de 100% na transferência de calor em aço inoxidável
  • Livre de manutenção
  • Longa vida útil


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Trocador de calor a placas gaxetado

Intercambiador de calor Alfa Laval

A escolha ideal para:

  • Aplicações individuais
  • Mudanças de capacidade

Benefícios:

  • Alta eficiência energética
  • Segurança operacional
  • Facilidade de operação e baixos custos de manutenção


Saiba mais

Como funciona um trocador de calor?

A animação mostra o princípio de funcionamento de um trocador de calor a placas com gaxeta de uma passagem para líquidos/líquidos, onde os fluidos correm em contracorrente através do trocador de calor. 

O líquido quente (vermelho) normalmente entra por uma das conexões superiores e sai pela conexão inferior. O líquido frio (azul) entra por uma das conexões inferiores e sai pela conexão superior.

Conforme os fluidos passam pelo trocador, ocorre a transferência de calor do meio quente para o meio frio. O fluxo em contracorrente permite a recuperação de calor e a aproximação da temperatura máxima alcançada pelo equipamento.

A temperatura cruzada também é possível, o que significa que a saída quente pode atingir uma temperatura mais baixa que a saída fria. Isso só pode ser alcançado de forma limitada, com trocadores de calor tubulares, tornando os trocadores de calor a placas mais eficientes termicamente.

Intercambiador de calor de placas funcionamiento

Os fluidos entram pelas conexões e pequenas portas das placas de transferência de calor, que foram projetadas para direcionar os fluidos quentes e frios de forma que fluam em contracorrente em canais alternados. Quando o fluido entra entre as placas, ele passa pela área de distribuição. 

A Alfa Laval oferece dois tipos de áreas de distribuição: o nosso CurveFlowTM patenteado e o padrão de chocolate. A área de distribuição é uma das características mais importantes do trocador de calor a placas. Seu principal objetivo é garantir um fluxo de fluido uniforme em toda a placa, maximizando a eficiência da transferência de calor e minimizando a má distribuição e a incrustação. Na animação você pode notar que a área de distribuição ajuda os fluidos a preencher rapidamente toda a seção transversal das placas.

Para meios muito sensíveis ao calor, o fluxo de corrente é usado em trocadores de calor a placas com gaxeta. A vantagem deste modelo é que o fluido mais frio encontra o fluido mais quente enquanto entra no trocador de calor, minimizando o risco de superaquecimento ou congelamento de meios sensíveis. 

A animação mostra o princípio de funcionamento de um trocador de calor a placas com gaxeta convencional, mas o mesmo princípio de funcionamento também é aplicável a linhas especializadas, como os nossos trocadores de calor a placas WideGap e semi-soldados.

O que determina a eficiência dos trocadores de calor a placas?

 

O que decide a eficiência energética do trocador de calor a placas é a eficiência térmica ou a eficiência do processo. Ela mostra a razão entre a energia térmica absorvida e a energia térmica liberada, ou seja, qual porcentagem do calor foi realmente transferida entre os dois meios. Vale destacar que, em condições práticas, atingir o percentual de 100% é possível apenas teoricamente, já que os trocadores de calor sempre produzem pequenas perdas para o meio ambiente. 

Mas com os sofisticados trocadores de calor Alfa Laval, a eficiência térmica se aproxima dos 100%, diferente dos trocadores de calor convencionais, cuja eficiência térmica tende a ser surpreendentemente baixa. 

Na maioria dos casos, os trocadores de calor a placas são os mais eficientes! 

Eles oferecem a melhor solução para problemas térmicos, fornecendo amplos limites de pressão e temperatura.

Aplicações industriais de um trocador de calor

 

Embora o princípio de transferência de calor seja o mesmo independente do meio, é preciso diferenciar as três principais aplicações:

Água/Água

 

A maior parte da produção de trocadores de calor Alfa Laval é aplicada em água/água (aquecida ou gelada).

Água gelada: água em baixas temperaturas, como em torres de resfriamento, de lagos, rios ou mar. 

Água aquecida: água em altas temperaturas como, por exemplo, aquecimento urbano, caldeiras ou água quente de processo.

Alguns usos típicos de trocadores de calor de placas:

 

  • Calefação/refrigeração distrital
  • Aquecimento de água de torneira
  • Aquecimento de piscina
  • Recuperação de calor (resfriamento de motor)
  • Controle de temperatura em pisciculturas
  • Indústria siderúrgica (resfriamento de forno)
  • Indústria de energia (refrigeração central)
  • Indústria química (resfriamento de processos)

Água/Óleo

 

Em algumas indústrias, o óleo é resfriado com água, que pode estar conectada a um sistema para recuperação de calor do óleo para diversos usos, como aquecimento de água de torneira. 

Alguns usos típicos de trocadores de calor a placas:

 

  • Resfriamento de óleo hidráulico
  • Resfriamento do óleo de refrigeração
  • Resfriamento do óleo do motor em bancadas de teste de motores



Os trocadores de calor a placas podem operar com óleos com viscosidades elevadas, como 2.500 centiPoise (CP). As emulsões, também usadas em trocadores de calor a placas, podem ser tratadas como água quando as concentrações são inferiores a 5%.

Para o uso do óleo sintético, pode ser necessário usar juntas especiais. Se este for seu caso, por favor, entre em contato com a Alfa Laval para saber mais sobre essa aplicação.

Água/Glicol

 

Quando há risco de congelamento, o glicol é adicionado à água.

O glicol tem uma capacidade de calor diferente da água e, portanto, requer uma área de transferência de calor um pouco maior para realizar a mesma tarefa. Por outro lado, as propriedades físicas dos glicóis são muito semelhantes.

Exemplos de glicóis:

 

  • Etilenoglicol (mono, di ou tri)
  • Propileno glicol

 

Alguns usos típicos de trocadores de calor a placas:

 

  • Como intercooler em bombas de calor
  • Produção de água fria em alimentos
  • Refrigeração de ar condicionado

Principais indústrias para aplicação de trocadores de calor

 

  • Química
  • Farmácia
  • Marinha
  • Biotecnologia
  • Manuseio de fluidos
  • Aplicativo HVAC
  • Processo de aquecimento e resfriamento
  • Resfriamento de óleo
  • Refrigeração comercial
  • Refrigeração industrial

 

Você anda enfrentando muitos desafios específicos no seu processo industrial? Nossos trocadores de calor a placas podem ser adaptados e são extremamente flexíveis. 

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Em nosso Guia de Produtos Virtual você pode comparar diferentes trocadores de calor e  encontrar o modelo mais adequado para a sua indústria.

 

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