Trocador de calor para usinas elétricas

Tipos de trocadores de calor para usinas de energia

Um trocador de calor para usinas de energia é um dispositivo que transfere calor entre dois ou mais fluidos. Existem diferentes tipos de trocadores de calor para usinas de energia, com aplicações que vão da energia nuclear à energia solar. Os mais comuns são:

• Trocador de calor de casco e tubo/Condensador de superfície de vapor

  Este tipo de trocador de calor consiste em um casco grande com um feixe de tubos interno. O feixe de tubos contém o fluido que libera calor. O design ajuda a transferir calor do fluido dentro dos tubos para outro fluido no casco. Em usinas de energia, os trocadores de calor de casco e tubo servem a muitos propósitos. Eles podem ser dispositivos de resfriamento que removem o excesso de calor da caldeira ou condensadores que transformam o vapor de volta em água no condensador de superfície.

• Trocadores de calor espirais

  O trocador de calor espiral compreende dois canais espirais concêntricos, um para cada fluido. O calor é transferido através das paredes dos canais enquanto os fluidos fluem em direções contracorrentes. O design permite transferência de calor intensiva em uma área compacta. Trocadores de calor espirais para usinas de energia geralmente funcionam como dispositivos de resfriamento no sistema de gás de escape.

• Trocadores de calor de placas

  Os trocadores de calor de placas consistem em placas finas. As placas criam múltiplos canais para que dois fluidos passem alternadamente. A finura e o formato corrugado das placas aumentam a área de superfície. Por esta razão, o calor é transferido de forma mais eficiente. Os proprietários de usinas de energia costumam usar trocadores de calor de placas com juntas ou soldadas. Trocadores de calor de placas com juntas têm partes removíveis e reparáveis. Isso os torna adequados para pequenas usinas de energia. Por outro lado, as unidades soldadas inteiras não são reparáveis. Elas são ideais para situações mais voláteis.

• Trocadores de calor refrigerados a ar

  Os trocadores de calor refrigerados a ar também são conhecidos como trocadores de calor de tubo com aletas. Eles usam ventiladores para soprar ar ambiente sobre tubos com aletas. O ar ambiente absorve calor do refrigerante nos tubos. Os tubos têm aletas estendidas que aumentam a área de superfície para maior transferência de calor. Os trocadores de calor refrigerados a ar são comuns em usinas termoelétricas. Isso ocorre porque eles são uma forma econômica de resfriar o fluido de trabalho.

• Trocadores de calor de tubo duplo

  O trocador de calor de tubo duplo tem uma configuração simples. Consiste em dois tubos - um aninhado dentro do outro. Os fluidos fluem em direções opostas nos dois tubos. Isso fornece uma maneira simples, porém eficaz, de transferir calor de um fluido para outro. Embora os trocadores de tubo duplo não sejam comuns em usinas de energia maiores, eles são encontrados em pequenas usinas. Eles também podem ser usados para pré-aquecer a água de alimentação para caldeiras.

Especificação e manutenção

As especificações dos sistemas de trocadores de calor dependem do tipo e da aplicação. As seguintes são as especificações para alguns tipos de trocadores de calor para usinas de energia.

• Classificações de temperatura e pressão

  Os trocadores de calor têm diferentes classificações de temperatura e pressão com base em sua aplicação. Os trocadores de calor de usinas de energia têm classificações de alta temperatura e pressão para transferir calor em ambientes extremos.

• Construção do material

  Os trocadores de calor exigem materiais fortes que podem suportar calor e corrosão. Por esta razão, os trocadores de calor para usinas de energia são feitos de aço inoxidável ou aço carbono. Alguns modelos usam ligas de titânio ou ligas de cobre-níquel se a transferência de calor exigir isso.

• Análise de elementos finitos (FEA)

  FEA é um método popular usado pelos fabricantes para determinar se um trocador de calor pode suportar pressão, temperatura e tensão. Os trocadores de calor de usinas de energia precisam ter a temperatura e pressão corretas para um desempenho eficaz. Assim, os fabricantes de trocadores de calor realizam FEA. A análise mostra os modelos que podem suportar a troca de calor e pressão sem falha. As instalações também produzem unidades com a força e durabilidade ideais.

• Trocador de calor de condensação

  Este dispositivo transfere calor do vapor dentro dos tubos para a água de resfriamento fora dos tubos. As especificações recomendadas para um trocador de calor de condensação típico são as seguintes: uma temperatura de 110-130 °C, pressão de até 30 bar e material de aço inoxidável.

• Trocador de calor de carvão

  Uma usina de energia a carvão usa um trocador de calor de resfriador de carvão para reduzir a temperatura do carvão antes que ele seja armazenado. As especificações comuns para este resfriador são uma temperatura de 30-70 °C, pressão de até 10 bar e material de aço carbono.

• Trocador de calor de gases de combustão

  Existem muitos trocadores de calor para manuseio de gases de combustão. Sua função é recuperar calor dele. Algumas usinas de energia usam esse calor para aquecer a água para a caldeira. Os trocadores de calor podem ser ar-ar, ar-água ou economizadores. Aqui estão algumas especificações possíveis: uma temperatura de 150-350 °C, pressão de até 20 bar, com material de aço carbono ou aço inoxidável.

Manutenção

Os trocadores de calor em usinas de geração de energia precisam de manutenção regular para evitar interrupções e garantir o desempenho. Aqui estão algumas dicas importantes de manutenção.

• Inspeção visual semanal

  Verifique se a unidade apresenta vazamentos externos, parafusos soltos ou peças danificadas. Em seguida, faça pequenos ajustes para corrigir os problemas.

• Manutenção mensal

  Inspecione os suportes, pontos de elevação e juntas parafusadas. Substitua as juntas desgastadas ou danificadas. Aperte os parafusos soltos até o torque recomendado.

• Manutenção trimestral

  Faça uma análise térmica e verifique se o equipamento está vibrando. Inspecione as unidades de casco e tubo para verificar se há corrosão ou incrustações. Lave ou limpe as unidades se houver algum depósito nos tubos.

Cenários de trocadores de calor para usinas de energia

• Usinas de energia a vapor:

  Em usinas de energia a turbina a vapor tradicionais, os trocadores de calor, como os condensadores, desempenham um papel fundamental no resfriamento e condensação do vapor gerado pela água fervente. O calor é transferido para um sistema de resfriamento externo, como uma torre de resfriamento ou um corpo d'água.

• Usinas de energia de ciclo combinado:

  As usinas de energia de ciclo combinado usam turbinas a gás e a vapor para geração de energia. Os trocadores de calor são usados para recuperar calor do escape da turbina a gás. Este calor recuperado é então usado para gerar vapor para a turbina a vapor. Este processo é conhecido como recuperação de calor dos gases de escape.

• Usinas de energia geotérmica:

  As usinas de energia geotérmica utilizam o calor do interior da Terra para gerar eletricidade. Os trocadores de calor transferem calor de poços geotérmicos para um fluido de trabalho. O fluido de trabalho é então vaporizado e usado para alimentar uma turbina para geração de eletricidade.

• Usinas de energia termossolar:

  Em usinas de energia solar de concentração (CSP), os trocadores de calor transferem calor do receptor solar para um fluido de trabalho, normalmente água ou sal fundido. O fluido de trabalho aquecido pode ser usado para gerar vapor para uma turbina ou armazenado para uso posterior.

• Usinas nucleares:

  Em usinas nucleares, os trocadores de calor transferem o calor gerado pela fissão nuclear no reator para um circuito secundário. O circuito secundário então gera vapor que alimenta turbinas para produzir eletricidade.

• Sistemas de aquecimento distrital:

  Os sistemas de aquecimento distrital fornecem calor centralizado para vários edifícios e instalações. Os sistemas de aquecimento distrital usam trocadores de calor para transferir calor gerado por usinas de energia ou plantas de incineração para a água quente utilizada nas redes de tubulação de aquecimento distrital.

Como escolher um trocador de calor para usinas de energia

Vários fatores precisam ser considerados ao selecionar trocadores de calor para aplicações de usinas de energia, como capacidade, material, design, custo e muito mais.

• Capacidade:

  Os trocadores de calor de usinas de energia são projetados para lidar com capacidades específicas. Um consumo apropriado de trocadores de calor deve ser escolhido para garantir que ele possa atender às necessidades de transferência de calor da usina de energia.

• Específico para a aplicação:

  Os trocadores de calor servem a diferentes propósitos dentro de uma usina de energia. Por exemplo, o aquecimento da água de alimentação em uma usina termoelétrica será diferente do condensador usado em uma usina de energia a turbina a gás.

• Material:

  Os materiais de construção do trocador de calor afetarão seu desempenho e vida útil. Ligas resistentes à corrosão como aço inoxidável ou aço carbono podem ser escolhidas por sua compatibilidade com os fluidos de trabalho.

• Design:

  Os trocadores de calor vêm em vários designs, cada um com vantagens e desvantagens. Por exemplo, os trocadores de calor de casco e tubo são amplamente utilizados em usinas de energia devido à sua flexibilidade e capacidade de resistir a altas pressões e temperaturas. Os trocadores de calor de placas, que são mais compactos e eficientes, são uma alternativa em alguns cenários de aplicação.

• Eficiência:

  A eficiência de um trocador de calor, que é normalmente indicada por sua eficácia, é um fator importante a ser considerado ao selecionar um trocador de calor. Um trocador de calor com maior eficiência pode utilizar totalmente a energia da fonte de calor e melhorar a utilização geral de energia da usina de energia.

• Custo:

  Incluindo os custos de compra e instalação, bem como os custos de manutenção e operação, é crucial encontrar um equilíbrio entre desempenho, eficiência e custo escolhendo um trocador de calor que se encaixe nas restrições de orçamento do projeto, atendendo aos requisitos técnicos.

Perguntas e respostas

P1: Por que um trocador de calor industrial é necessário?

R1: Um trocador de calor industrial é necessário em uma instalação industrial para facilitar a transferência de calor de um fluido para outro sem misturar os dois fluidos. Ele melhorará a eficiência energética, reduzirá os custos e otimizará os processos industriais.

P2: Quais são os sinais de que um trocador de calor está com defeito?

R2: Alguns dos sinais comuns de um trocador de calor com defeito incluem redução na eficiência da usina de energia, aumento no consumo de energia, superaquecimento do equipamento conectado ao trocador de calor, presença de ruído incomum e queda repentina na temperatura ou pressão.

P3: Quanto tempo dura um trocador de calor?

R3: Um trocador de calor bem conservado pode durar de 10 a 20 anos ou até mais. No entanto, a vida útil do trocador de calor dependerá de muitos fatores, incluindo a qualidade do material, práticas de manutenção, condições de operação e o tipo de trocador de calor.

P4: Qual é o custo de um trocador de calor?

R4: O custo de um trocador de calor varia de acordo com o tipo, tamanho e material do trocador. Os trocadores de calor compactos são geralmente mais acessíveis do que os trocadores de calor industriais grandes. Por exemplo, um trocador de calor de placas pode custar alguns milhares de dólares, enquanto os trocadores de calor industriais grandes podem custar dezenas a centenas de milhares de dólares.