1. Trocador de calor tubular
Princípio
Cada segmento do revestimento é denominado “passagem única”. O tubo interno (tubo de transferência de calor) do passe é conectado por tubos 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. Ambas as extremidades do tubo externo da carcaça são conectadas ao tubo interno por meio de soldagem ou flanges. O tubo interno e o tubo cotovelo em forma de U são conectados por flanges, facilitando a limpeza e aumentando ou diminuindo os 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 deste trocador de calor pode atingir até 18 metros quadrados, tornando-o adequado para troca de calor em pequena escala.
Vantagem:
Possui estrutura simples e pode suportar altas pressões, tornando-o adequado para diversas aplicações. Além disso, a área de transferência de calor pode ser facilmente ajustada para atender a diferentes necessidades.
Desvantagens:
Existem inúmeras juntas entre os tubos que são propensas a vazamentos. Além disso, ocupa uma quantidade significativa de espaço e requer uma quantidade substancial de metal por unidade de superfície de transferência de calor.
2. Trocador de calor de cabeça flutuante
Princípio
A estrutura de um trocador de calor de cabeçote flutuante consiste em um cilindro, um flange lateral da tampa do cabeçote externo, uma placa do 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 e muito mais. O design da cabeça flutuante de velcro é mostrado na ilustração anexa.
Vantagem:
Quando há 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 por diferença de temperatura. O feixe de tubos pode ser retirado da caixa para facilitar a limpeza no interior e entre os tubos.
Desvantagens:
A estrutura é complexa, resultando em grande quantidade de materiais e custos. Se a vedação entre a tampa do cabeçote flutuante e a placa do tubo flutuante não estiver estanque, poderá causar vazamento interno, levando à mistura dos dois meios.
3. Troca de calor de bobina imersa
Princípio
Este tipo de trocador de calor molda tubos de metal em vários formatos adequados para o recipiente e os mergulha no líquido dentro do recipiente.
Vantagem:
Possui estrutura simples e pode suportar altas pressões, podendo também ser feito de materiais resistentes à corrosão.
Desvantagens:
O grau de turbulência do líquido no recipiente 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 recipiente.
4. Trocador de calor de placas
Princípio
O Trocador de Calor de Placas é um equipamento ideal para realizar trocas de calor entre líquidos e entre um líquido e um vapor. É um trocador de calor altamente eficiente composto por uma série de chapas metálicas onduladas.
O princípio estrutural do Trocador de Calor de Placas consiste em múltiplas chapas onduladas pressionadas juntas em um intervalo fixo, vedadas com gaxetas e mantidas no lugar por molduras e parafusos de compressão. Os quatro cantos das placas e juntas formam os tubos de distribuição e coleta do fluido. Os fluidos frios e quentes são separados e fluem através dos canais de fluxo em ambos os lados de cada placa, onde ocorre a troca de calor através das placas.
5. Trocador de calor com anel de compensação
Princípio
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 de tubos, que resulta de diferentes taxas de expansão térmica.
6. Trocador de calor de aletas de placas
Princípio
O trocador de calor de placas aletadas é um dispositivo de transferência de calor eficiente, compacto e leve. No passado, seu alto custo de fabricação limitava seu uso a algumas indústrias, como aeroespacial, eletrônica e energia atômica. No entanto, tem sido gradualmente adotado nos setores petroquímico e outros setores industriais. Existem várias formas estruturais de trocadores de calor de placas com aletas, mas os elementos básicos permanecem os mesmos: duas placas metálicas finas paralelas com aletas metálicas onduladas ou moldadas adicionadas entre elas para vedar as laterais, formando uma unidade básica de troca de calor.
Vantagem:
- Alta eficiência de transferência de calor e bom controle de temperatura.
- As barbatanas são finas, compactas e pequenas.
- As aletas têm superfície de transferência de calor e função de suporte e possuem alta resistência.
Desvantagens:
- A passagem do fluxo é estreita, fácil de ser bloqueada e difícil de limpar.
- O diafragma e as aletas são muito finos, por isso é necessário que o meio não corroa o alumínio. Se corroer, causará vazamento interno, que é difícil de reparar.
- A estrutura complexa torna o projeto mais difícil.
7. Trocador de calor de jaqueta
Princípio
Uma camisa é instalada na parede externa do recipiente, criando um espaço entre a camisa e o recipiente que serve como caminho para aquecimento ou resfriamento do meio. Contudo, a superfície de transferência de calor é limitada pela parede do recipiente, resultando num baixo coeficiente de transferência de calor. Para melhorar o coeficiente e garantir um 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 ajustados na camisa quando são introduzidos água de resfriamento ou agentes de aquecimento sem mudança de fase, aumentando ainda mais o coeficiente de transferência de calor em um lado da camisa.
Vantagem:
Estrutura simples e processamento conveniente.
Desvantagens:
Pequena área de transferência de calor e baixa eficiência de transferência de calor.
8. Trocador de calor em tubo em U
Princípio
O trocador de calor tubular 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 do tubo. O invólucro e os tubos de troca de calor são separados, permitindo que o feixe de tubos se expanda e contraia livremente sem gerar estresse por diferença de temperatura. Este trocador de calor possui estrutura simples, com apenas uma placa tubular e sem cabeçote flutuante. O feixe de tubos pode ser facilmente extraído e instalado para limpeza, tornando-o conveniente de usar.
No entanto, a forma em U dos tubos com raios de curvatura diferentes significa que apenas 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 pelo raio de curvatura limitado dos tubos de troca de calor pode resultar em curto-circuito do fluido, afetando o desempenho da transferência de calor.
Característica
As vantagens de um trocador de calor tubular em forma de U incluem:
- O feixe de tubos pode flutuar livremente sem a preocupação com o estresse da diferença de temperatura, tornando-o adequado para cenários de alta diferença de temperatura;
- Possui estrutura simples com menos flanges e possíveis pontos de vazamento, por possuir apenas uma chapa tubular;
- O feixe de tubos pode ser facilmente limpo puxando o núcleo;
- Porém, devido ao raio de curvatura mínimo dos tubos em forma de U, a distância de divisão é maior e, portanto, há menos tubos;
- Altas vazões nas tubulações podem levar à erosão severa da seção do cotovelo em forma de U, reduzindo a vida útil do trocador.
- A limpeza do interior dos tubos em forma de U pode ser difícil, portanto o meio interno deve estar limpo e não sujeito a incrustações.
Vantagem:
A estrutura é simples, com apenas uma placa tubular, menos superfícies de vedação, garantindo operação confiável e baixo custo. O feixe de tubos pode ser facilmente removido para uma limpeza conveniente entre os tubos.
Desvantagens:
O tubo é difícil de limpar;
Devido à exigência de um determinado raio de curvatura, a taxa de utilização da placa tubular é baixa;
O espaçamento entre os tubos mais internos do feixe de tubos é grande, causando potencial de curto-circuito no lado do casco;
Se o tubo interno quebrar, ele não poderá ser substituído e deverá ser bloqueado, levando a uma alta taxa de sucata.
9. Trocador de calor tubular
Princípio
O trocador de calor tubular é atualmente o tipo de trocador de calor mais utilizado na indústria química e na produção de álcool. Consiste em componentes como carcaça, placa de tubo, tubos de troca de calor, cabeçote e defletor. Os materiais utilizados podem ser feitos de aço carbono comum, cobre vermelho ou aço inoxidável.
No processo de troca de calor, um fluido entra através de um tubo de conexão no cabeçote, flui através dos tubos e sai através do tubo de saída na extremidade oposta do cabeçote, conhecido como lado do tubo.
Enquanto isso, outro fluido entra através de um tubo de conexão no invólucro e sai através de outro tubo de conexão, conhecido como lado do invólucro em um trocador de calor tubular.
10. Trocador de calor de placas em espiral
Princípio
O trocador de calor de placas em espiral é um equipamento de troca de calor novo, eficiente e estável que pode funcionar bem em conjunto com várias unidades. Possui alta eficiência de transferência de calor e forte confiabilidade de operação, com baixa resistência.
No entanto, o trocador de calor de placas em espiral requer soldagem de alta qualidade e pode ser difícil de reparar. Além disso, devido ao seu grande peso e baixa rigidez, deve-se ter cuidado extra durante o transporte e a instalação.
11. Trocador de calor em spray
Princípio
Este 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 de 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 são frequentemente 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 aumenta a força motriz da transferência de calor.
Portanto, o trocador de calor do tipo spray tem um efeito de transferência de calor muito melhorado em comparação com os trocadores de calor do tipo imersão.
12. Trocador de calor com tubo de calor
Princípio
Os tubos de calor são um tipo de componente de transferência de calor com alta condutividade térmica. Eles transferem calor através da evaporação e condensação do meio de trabalho em um invólucro de vácuo totalmente fechado.
Eles têm muitas vantagens, como alta condutividade térmica, bom comportamento isotérmico, capacidade de alterar a área de transferência de calor tanto no lado quente quanto no lado frio, transferência de calor a longa distância, controle de temperatura e muito mais.
No entanto, a desvantagem é a baixa resistência à oxidação e a alta temperatura. Isso pode ser resolvido instalando um trocador de calor cerâmico na frente, o que resolve o problema de resistência a altas temperaturas e resistência à corrosão.
Atualmente, os tubos de calor são amplamente utilizados em indústrias como metalurgia, química, refino de petróleo, caldeiras, cerâmica, transporte, têxteis leves, máquinas e outras. Como meio de recuperar o calor residual e utilizar energia térmica no processo, os tubos de calor têm demonstrado benefícios económicos notáveis.
