Permutador de calor - Definição, função, tipos, aplicações e muito mais
O que é um permutador?
Um permutador de calor é uma peça de equipamento que transfere continuamente calor de um meio para outro. Existem dois tipos principais de permutadores de calor: direto e indireto.
- Permutador de calor direto, em que ambos os meios estão em contacto direto um com o outro. Assume-se que os meios não se misturam. Um exemplo deste tipo de permutador de calor é uma torre de arrefecimento, onde a água é arrefecida através do contacto direto com o ar.
- Permutador de calor indireto, em que ambos os meios estão separados por uma parede através da qual o calor é transferido.
Os permutadores de calor indirectos estão disponíveis em vários tipos principais (placa, casco e tubo, espiral, etc.) Na maioria dos casos, o tipo placa é o permutador de calor mais eficiente. Em geral, oferece a melhor solução para problemas térmicos, fornecendo os limites de pressão e temperatura mais amplos dentro das restrições do equipamento atual.
Teoria da transferência de calor
As leis naturais da física permitem sempre que a energia de condução num sistema flua até ser atingido o equilíbrio. O calor deixa o corpo mais quente ou o fluido mais quente, desde que haja uma diferença de temperatura, e é transferido para o meio frio.
Um permutador de calor segue este princípio no seu esforço para atingir a igualização. Com um permutador de calor de placas, o calor penetra na superfície, que separa muito facilmente o meio quente do meio frio. Assim, é possível aquecer ou arrefecer fluidos ou gases que tenham níveis de energia mínimos. A teoria da transferência de calor de um meio para outro, ou de um fluido para outro, é determinada por várias regras básicas:
- O calor é sempre transferido de um meio quente para um meio frio.
- Tem de haver sempre uma diferença de temperatura entre os meios.
- O calor perdido pelo meio quente é igual à quantidade de calor ganho pelo meio frio, exceto no que diz respeito às perdas para o meio envolvente.
Tipos de permutadores de calor
Como já foi referido, existem dois tipos principais de permutadores de calor:
- Permutador de calor direto, em que ambos os meios estão em contacto direto um com o outro. Parte-se do princípio de que os fluidos não se misturam entre si. Um exemplo deste tipo de permutador de calor é uma torre de arrefecimento, onde a água é arrefecida por contacto direto com o ar.
- Permutador de calor indireto, no qual dois fluidos são separados por uma parede através da qual o calor é transferido.
Neste contexto, apenas serão discutidos os permutadores de calor indirectos, ou seja, permutadores de calor em que os fluidos não são misturados, mas em que o calor é transferido através de superfícies de transferência de calor. As perdas de temperatura por radiação podem ser negligenciadas quando se consideram os permutadores de calor neste contexto. Os permutadores de calor indirectos estão disponíveis em vários tipos principais (de placas, de tubos múltiplos, em espiral, etc.).
Os permutadores de calor mais utilizados na indústria são:
Permutador de calor soldado
A escolha perfeita para:
- Temperaturas extremas (até 550 graus)
- Espaço reduzido
- Pressões de projeto extremamente elevadas
Benefícios:
- Transferência de calor eficiente (soldadura de placas de cobre)
- Sem manutenção
- Longa vida útil
Permutador de calor de placas em aço inoxidável
A escolha perfeita para:
- Temperaturas extremas (até 550 graus)
- Zona de higiene da água potável
- Meios agressivos
Benefícios:
- Transferência de calor eficiente 100% aço inoxidável
- Sem manutenção
- Longa vida útil
Permutador de calor de placas com juntas
A escolha perfeita para:
- Troca de calor entre gases ou líquidos
- Aplicações individuais
- Alterações de capacidade
Benefícios:
- Elevada eficiência energética
- Segurança operacional
- Facilidade de serviço e baixos custos de manutenção
Funcionamento de um permutador de calor
Esta animação mostra o princípio de funcionamento de um permutador de calor de placas com junta de 1 passagem para líquidos, em que os fluidos fluem em contracorrente através do permutador de calor. O líquido quente (ilustrado a vermelho) entra normalmente por uma das ligações superiores e sai pela ligação inferior. O líquido frio (ilustrado a azul) entra por uma das ligações inferiores e sai pela ligação superior.
À medida que os fluidos passam através do permutador de calor, o calor é transferido do meio quente para o meio frio. O fluxo em contracorrente permite possibilidades máximas de recuperação de calor e é possível obter uma aproximação muito estreita da temperatura. A temperatura cruzada também é possível, o que significa que a saída quente pode atingir uma temperatura mais baixa do que a saída fria. Isto só pode ser conseguido de forma limitada com permutadores de calor tubulares que tornam os permutadores de calor de placas e cremalheiras mais eficientes do ponto de vista térmico.
Os fluidos entram através de ligações e vigias nas placas de transferência de calor. Vedações especialmente concebidas entre as placas direccionam os fluidos de modo a que os fluidos quentes e frios passem em contracorrente em canais alternados. Quando o fluido entra entre as placas, passa sobre a área de distribuição. A Alfa Laval oferece dois tipos de áreas de distribuição: o nosso patenteado CurveFlowTM e o padrão chocolate. A área de distribuição bem concebida da Alfa Laval é uma das características mais importantes de um permutador de calor de placas. O seu principal objetivo é assegurar um fluxo uniforme de fluido ao longo de toda a placa, maximizando a eficiência da transferência de calor e minimizando a má distribuição e as incrustações. Na animação pode ser visto que a área de distribuição ajuda os fluidos a preencher rapidamente toda a secção transversal das placas.
Para meios muito sensíveis ao calor, o fluxo de corrente é utilizado em permutadores de calor de placas com juntas. A vantagem deste design é que o fluido mais frio encontra o fluido mais quente à medida que entra no permutador de calor, minimizando o risco de sobreaquecimento ou congelamento dos meios sensíveis. Na animação, pode imaginar-se que o fluido quente é invertido, de modo a que ambos os fluidos entrem pelas ligações inferiores.
A animação mostra o princípio de funcionamento de um permutador de calor de placas com juntas convencional, mas o mesmo princípio de funcionamento é também aplicável a gamas especializadas, como os nossos permutadores de calor de placas semi-soldadas e WideGap.
O que determina a eficiência dos permutadores de calor de placas?
O fator decisivo para a eficiência energética do permutador de calor de placas é a eficiência térmica ou eficiência do processo. Esta mostra a relação entre a energia térmica absorvida e a libertada, ou seja, que percentagem do calor foi efetivamente transferida entre os dois meios. 100 por cento só é possível em teoria. Porque em condições práticas, os permutadores de calor produzem sempre pequenas perdas para o ambiente. A eficiência térmica dos permutadores de calor só pode aproximar-se da marca dos 100 por cento. E só se for um dispositivo sofisticado, como é o caso dos permutadores de calor da Alfa Laval. Porque a eficiência térmica dos permutadores de calor de segunda classe é muitas vezes surpreendentemente baixa.
Na maioria dos casos, os permutadores de calor de placas são os mais eficientes. Oferecem normalmente a melhor solução para os problemas térmicos, proporcionando os limites de pressão e temperatura mais amplos dentro das limitações do equipamento atual.
Aplicações industriais de um permutador de calor
Embora o princípio da transferência de calor seja o mesmo, independentemente do meio utilizado, é necessário diferenciar as aplicações umas das outras. A maioria das tarefas pode ser dividida em três aplicações principais:
Água/Água
A maior parte da nossa produção de permutadores de calor é utilizada para tarefas água/água, ou seja, água aquecida ou arrefecida com água.
Água refrigerada: é utilizada água a uma temperatura mais baixa, por exemplo, proveniente de uma torre de arrefecimento, de um lago, de um rio ou do mar.
Água aquecida: É quando é utilizada água a uma temperatura mais elevada, por exemplo, aquecimento urbano, caldeiras ou água quente de processo.
Algumas utilizações típicas dos permutadores de calor de placas:
- Aquecimento/arrefecimento urbano
- Aquecimento da água da torneira
- Aquecimento de piscinas
- Recuperação de calor (arrefecimento do motor)
- Controlo da temperatura em pisciculturas
- Indústria siderúrgica - arrefecimento de fornos
- Indústria eléctrica - refrigeração central
- Indústria química - arrefecimento de processos
Água/Óleo
Em algumas indústrias, o óleo tem de ser arrefecido com água. Esta água pode ser ligada a um sistema de recuperação de calor que recupera o calor do óleo para várias utilizações, como o aquecimento de água da torneira, etc.
Algumas utilizações típicas dos permutadores de calor de placas:
- Arrefecimento do óleo hidráulico
- Arrefecimento do óleo de arrefecimento
- Arrefecimento do óleo do motor em bancos de ensaio de motores
Com óleo sintético, pode ser necessário utilizar vedantes especiais. Contactar
Alfa Laval para estas aplicações.
Os permutadores de calor de placas podem funcionar com óleos com viscosidades tão elevadas como 2.500 centiPoise. As emulsões também podem ser utilizadas em permutadores de calor de placas e podem ser tratadas como água quando as concentrações são inferiores a 5%.
Água/Glicol
Quando há risco de congelamento, adiciona-se glicol à água.
O glicol tem uma capacidade térmica diferente da água e, por conseguinte, necessita de uma área de transferência de calor um pouco maior para efetuar a mesma tarefa. Por outro lado, as propriedades físicas dos vários glicóis são muito semelhantes.
Exemplos de glicóis são:
- Etilenoglicol (mono, di ou tri)
- Propilenoglicol.
Algumas utilizações típicas dos permutadores de calor de placas:
- Como intercooler numa bomba de calor
- Produção de água fria nos alimentos
- Ar condicionado arrefecimento
Principais indústrias onde é utilizado um permutador de calor
Os permutadores de calor de placas Alfa Laval são utilizados em muitas indústrias diferentes, por exemplo:
- Química
- Farmácia
- Marina
- Biotecnologia
- Manuseamento de fluidos
- Aplicação HVAC
- Processo de aquecimento e arrefecimento
- Arrefecimento do óleo
- Refrigeração comercial
- Refrigeração industrial
- E mais
Enfrenta desafios muito específicos? Os nossos permutadores de calor de placas podem ser adaptados individualmente e são extremamente flexíveis, por exemplo, no que diz respeito a alterações de capacidade. Teremos todo o prazer em aconselhá-lo e encontrar exatamente o que precisa!
Conceber o seu permutador de calor
Uma ferramenta fácil de utilizar que o orientará para o permutador de calor que melhor se adapta à sua aplicação.