Trocador de calor na refrigeração

Tipos de trocadores de calor em refrigeração

Um trocador de calor em refrigeração é um dispositivo projetado para transferir calor entre dois fluidos em temperaturas diferentes sem misturá-los. Ele desempenha um papel vital no resfriamento do gás de descarga do compressor no sistema de refrigeração. Existem várias maneiras de classificar os trocadores de calor, incluindo a disposição do fluxo, o material de construção, os projetos e o uso.

• Disposição do fluxo: Em um trocador de calor de contrafluxo, dois fluidos se movem em direções opostas. Essa disposição permite que o fluido frio absorva calor de forma eficaz, aumentando a diferença de temperatura entre os dois fluidos. Enquanto isso, em um trocador de calor de fluxo concorrente ou paralelo, ambos os fluidos fluem na mesma direção. Embora essa disposição impeça o fluido frio de absorver calor de forma eficaz, os trocadores de calor de fluxo paralelo são mais fáceis de construir e manter.
• Materiais de construção: O aço é um material comum usado em trocadores de calor devido à sua construção durável. Trocadores de calor de aço carbono funcionam bem em situações de alta pressão. O cobre, comumente usado em trocadores de calor de casco e tubo, possui grande condutividade térmica, permitindo que ele absorva e transfira calor de forma rápida e eficiente. O alumínio é frequentemente usado em trocadores de calor de placas porque é leve e possui boa condutividade térmica. Os trocadores de calor de alumínio são usados em sistemas de refrigeração pequenos e compactos.
• Designs: O trocador de calor tubular é feito de tubos longos que transferem calor entre dois fluidos. O design pode ser compacto ou ocupar um grande espaço, dependendo do uso específico. O trocador de calor de placas consiste em muitas placas finas de metal corrugado empilhadas umas sobre as outras. Ele permite que dois fluidos fluam para intervalos entre as placas, transferindo calor através delas. O trocador de calor de placas pseudo utiliza o mesmo princípio do projeto de placas, mas tem um peso muito mais leve e fino. O projeto de bolso permite que o refrigerante permaneça nos bolsos por mais tempo, assim, melhorando a troca de calor.
• Uso: Os trocadores de calor resfriados a ar são dispositivos que rejeitam calor do refrigerante para o ar ambiente. O calor é rejeitado com a ajuda de um ventilador que circula o ar ambiente pelas serpentinas, removendo o calor e resfriando o refrigerante de forma eficaz. Os condensadores são componentes críticos nos sistemas de refrigeração que transformam os refrigerantes de gás para líquido. Esse processo permite que o refrigerante seja disseminado por todo o sistema, permitindo um resfriamento eficiente. Os refrigeradores de líquido são trocadores de calor especializados usados para remover calor de um líquido, como refrigerante, água ou glicol, transferindo-o para uma corrente de ar. O trabalho de um evaporador em um sistema de refrigeração é absorver calor da área ou meio que requer resfriamento. Esse processo libera energia térmica fria que resfria os arredores ou o espaço.

Especificações e manutenção do trocador de calor em refrigeração

Os trocadores de calor são feitos com material forte para suportar as situações de alta pressão que enfrentam. O material típico é o aço inoxidável. Partes principais, como placas, tubos ou recipientes, são frequentemente feitas com cobre, que é muito bom para transferir calor. Algumas unidades de refrigeração usam aço carbono ou ligas especiais de acordo com as necessidades individuais de cada aplicação. As ligas são materiais compostos por dois ou mais metais diferentes combinados. Embora as dimensões dos trocadores de calor variem muito dependendo do seu tipo e das unidades em que são usados, as seguintes incluem algumas especificações comuns:

• Tubos: O diâmetro externo dos tubos normalmente mede algo entre 3/8 e 1 polegada, enquanto o comprimento chega a 20 pés ou mais.
• Cabeças: As cabeças são geralmente encontradas em formas quadradas ou retangulares. Suas dimensões dependem do trocador de calor em que são usados.
• Classificação de pressão: As classificações de pressão variam de 1 libra por polegada quadrada a 10.000 libras por polegada quadrada. As classificações de pressão mais usadas são 150 psi, 300 psi e 600 psi.
• Aletas: As aletas podem ser encontradas em várias formas, como trapezoidal, em forma de W, elíptica, redonda e quadrada. Sua altura varia de 1/2 a 1 polegada, enquanto o comprimento chega a 10 polegadas ou mais. A distância entre duas aletas é geralmente de cerca de 1/4 de polegada.

Cuidados e manutenção adequados dos trocadores de calor podem ajudar os proprietários e operadores a garantir que seu desempenho seja ideal, prolongar sua vida útil e evitar acidentes ou contratempos imprevistos. Abaixo está uma programação de manutenção de rotina que se aplica à maioria dos trocadores de calor encontrados em sistemas de refrigeração:

• Verificações diárias: Faça verificações visuais nos trocadores de calor todos os dias. Procure por sinais de danos, vazamentos ou corrosão. Monitore os medidores de temperatura e pressão no trocador de calor para mantê-los dentro dos limites saudáveis. Relate quaisquer leituras incomuns ou anormais às autoridades competentes imediatamente.
• Verificações semanais: Limpe o trocador de calor do lado de fora pelo menos uma vez por semana. Use produtos e soluções de limpeza recomendados pelos fabricantes de equipamentos. Alcatrão, graxa e poeira podem se acumular na superfície com o tempo e afetar a eficiência da transferência de calor. Verificar se há obstruções ou depósitos dentro do trocador de calor também é muito importante. Os sólidos podem se acumular com o tempo, reduzindo seu desempenho.
• Verificações mensais: Inspecione o isolamento do trocador de calor uma vez por mês. Procure por sinais de danos, umidade ou deterioração. O isolamento danificado pode levar à perda de calor e aumentar as contas de energia. Da mesma forma, todos os acessórios e fixadores devem ser verificados para garantir que estejam seguros e firmes. Quaisquer peças soltas devem ser apertadas imediatamente para evitar riscos de segurança.
• Verificações trimestrais: Faça a manutenção do sistema de trocador de calor a cada três meses por um técnico qualificado. Ele fará uma inspeção completa de todas as peças e componentes. O sistema será calibrado de acordo com os padrões do fabricante, enquanto qualquer peça danificada ou com defeito será substituída instantaneamente.

Cenários

• Refrigeração comercial:

  Os trocadores de calor são componentes críticos nos sistemas de refrigeração comercial. Os supermercados, por exemplo, utilizam trocadores de calor em seus sistemas de refrigeração para permitir a transferência de calor entre o refrigerante e o ar dentro da loja. Isso mantém os produtos frescos e bem conservados.

• Resfriamento de processos industriais:

  As indústrias química, farmacêutica e de processamento de alimentos costumam depender de trocadores de calor para resfriar equipamentos, reatores e produtos. Eles desempenham um papel importante na manutenção da temperatura ideal para garantir a qualidade do produto final.

• Resfriamento de data centers:

  Os data centers operam grandes fazendas de servidores que produzem uma quantidade enorme de calor. Os trocadores de calor são usados para dissipar esse calor e manter temperaturas de operação ideais para os servidores, a fim de evitar danos.

• Sistemas de ar condicionado:

  Os trocadores de calor também são usados em uma variedade de tipos diferentes de sistemas de ar condicionado, incluindo sistemas centrais e divididos. A função do trocador de calor no ar condicionado é permitir a transferência de calor entre o refrigerante e o ar interno/externo.

• Sistemas HVAC:

  Em sistemas HVAC, os trocadores de calor são usados para recuperar energia do ar de exaustão, transferir calor entre diferentes fluxos de fluido e melhorar os processos de resfriamento e aquecimento.

• Sistemas de energia renovável:

  Os trocadores de calor são componentes cruciais em sistemas de energia renovável, como usinas de energia solar concentrada (CSP) e usinas geotérmicas.

Como escolher o trocador de calor em refrigeração

Os trocadores de calor desempenham um papel importante na eficiência dos sistemas de refrigeração, por isso é essencial escolher o trocador de calor adequado para a aplicação do sistema de refrigeração.

• Fluido de trabalho:

  Identifique os fluidos entre os quais a transferência de calor deve ocorrer. Cada tipo de trocador de calor tem algumas limitações em relação às propriedades dos fluidos que ele pode manusear. Por exemplo, os trocadores de calor ar-ar são usados quando duas correntes de ar estão envolvidas.

• Área de transferência de calor necessária:

  A quantidade de área de superfície necessária para a transferência de calor depende da capacidade de refrigeração do sistema e das faixas de temperatura do refrigerante e da substância que está sendo resfriada ou aquecida.

• Queda de pressão:

  Uma queda de pressão permitida ajuda a selecionar um trocador de calor que corresponda ao orçamento geral de pressão do sistema de refrigeração.

• Compacidade:

  O tamanho físico do trocador de calor costuma ser importante para o conjunto final do sistema de refrigeração, especialmente para modelos portáteis.

• Custo:

  Considere o custo do trocador de calor que é comprado para uma única unidade. Em pequenas quantidades, os trocadores de calor de casco e tubo são normalmente mais econômicos e costumam ser usados em equipamentos que terão muitas instalações comerciais.

• Fonte:

  Um fator importante na decisão de como escolher trocadores de calor em sistemas de refrigeração e seus subcomponentes serão as considerações de fornecimento e uso. Alguns fornecedores fornecem soluções completas de refrigeração que usam peças padrão, como trocadores de calor. Por outro lado, outros podem concentrar suas ofertas em itens individuais que são totalmente personalizados para sua implementação de refrigeração.

Investigar o desempenho do trocador de calor em refrigeração antes de comprar é uma boa opção. Desconfie de fornecedores que não podem fornecer informações claras sobre como seus sistemas funcionam ou estimativas de vida útil.

Perguntas e Respostas

P1: Os trocadores de calor são usados em geladeiras?

R1: Sim, os trocadores de calor são usados em geladeiras. O tipo de trocador de calor usado depende do projeto da geladeira. Geralmente, o refrigerante opera passando o refrigerante pelas serpentinas do trocador de calor. O calor do interior da geladeira é absorvido pelo refrigerante que flui pelas serpentinas. Como resultado, o calor é trocado e o interior é resfriado.

P2: Os trocadores de calor resfriam?

R2: Sim, os trocadores de calor podem realizar o resfriamento. Os trocadores de calor são dispositivos usados para transferir calor entre dois ou mais fluidos sem permitir que eles se misturem. Um dos processos que podem ser realizados por um trocador de calor é o resfriamento. Os trocadores de calor podem remover calor de um fluido, levando a um efeito de resfriamento.

P3: Quais são as limitações dos trocadores de calor?

R3: Os trocadores de calor têm algumas limitações. Eles exigem manutenção periódica para funcionar bem. Eles também podem vazar, e isso resulta na mistura de fluidos. Há também o risco de incrustação que reduz a eficiência da transferência de calor, e os trocadores de calor podem ser muito caros.