CONSIDERAÇÕES ADICIONAIS SOBRE A PRÁTICA DO TROCADOR DE CALOR.

1. Natureza e Características dos Fluidos

A natureza dos fluidos que circulam num trocador de calor constitui um fator fundamental no seu estudo do mesmo.

É óbvio que há diferença notória num processo se o fluido em questão é ácido sulfúrico (produto extremamente corrosivo), ou leite (produto alimentício), ou sulfeto de carbono (produto muito tóxico) ou vapor d'água (fluido com coeficiente de troca térmica muito elevado).

As propriedades físicas de maior interesse na troca térmica são a condutibilidade térmica, a densidade, a viscosidade e o calor específico. Elas influem, juntamente com algumas variáveis geométricas e de operação, decisivamente no desempenho de um trocador de calor. Vale lembrar que os valores dessas propriedades variam em função da temperatura que, por sua vez, se altera ao longo de um trocador de calor. Na maioria das vezes, é aceitável como simplificação que se adotem os valores das propriedades à temperatura média entre a entrada e a saída.

2. Velocidade de Escoamento

A velocidade de escoamento influi em quatro aspectos fundamentais: a eficiência de troca térmica, a perda de carga, a erosão e o depósito de sujeira.

Quanto maior a velocidade de escoamento num trocador de calor, maior a intensidade de turbulência criada e melhor deve ser o coeficiente de transporte de energia. Conseqüentemente, a área do trocador necessária para uma dada carga térmica será menor. Nesse aspecto, é desejável que a velocidade de escoamento seja alta.

Mas essa turbulência intensa também implica num atrito maior e uma perda de carga maior, podendo até ultrapassar valores máximos admissíveis. Nesse aspecto, não é desejável uma velocidade de escoamento exagerada.

Então, há um compromisso entre melhorar a eficiência de troca térmica sem acarretar uma perda de carga excessiva. A busca desse compromisso constitui um dos principais objetivos no projeto de um trocador de calor.

Além desses dois pontos, a velocidade de escoamento está ligada à erosão e ao depósito de sólidos. Uma velocidade muito pequena pode favorecer o depósito de sujeira e a dificuldade da sua remoção. Por outro lado, uma velocidade exageradamente alta pode acarretar uma erosão intensa; se o fluido é corrosivo ou contém sólidos em suspensão, o efeito será mais danoso ainda. Então, de novo, a velocidade de escoamento não pode ser nem muito alta nem muito baixa.

Há, na literatura, faixas de valores práticos, recomendados para velocidade de escoamento num trocador de calor:

3. Localização dos Fluidos

Para um trocador de calor do tipo casco-tubos, uma das decisões importantes a ser tomada no início do projeto é definir qual dos fluidos deve circular pelo lado interno (feixe tubular) e qual pelo lado externo (casco). Uma localização mal feita implica num projeto não otimizado e numa operação com problemas freqüentes.

Os aspectos básicos levados em consideração referem-se à limpeza do equipamento, à manutenção, a problemas decorrentes de vazamento e à eficiência de troca térmica.

Vale ressaltar para a velocidade de escoamento que uma velocidade baixa de escoamento prejudica a troca térmica.

Devido à possibilidade de colocação conveniente de chicanas transversais, é mais fácil provocar uma turbulência intensa no casco do que no lado dos tubos. Logo, mesmo que a vazão de escoamento seja baixa, há um recurso construtivo (chicana) para incrementar a troca térmica no lado do casco.

Então, quando a diferença entre as vazões é significativa, em geral é mais econômico circular o fluido de menor vazão no lado do casco e o de maior vazão no lado dos tubos.

4. Incrustração

A incrustação é um problema sério em alguns trocadoes de calor. Águas doces pouco tratadas são fequentemente usadas como água de resfriamento, o que resulta em detritos biológicos entrando no trocador de calor e produzindo camadas, diminuindo o coeficiente de transferência térmica. Outro problema comum é o "tártaro", ou incrustação calcárea, que é composto de camadas depositadas de compostos químicos, como carbonato de cálcio ou carbonato de magnésio, relacionados com a dureza da água.

Incrustração ocorre quando um fluido passa por um trocador de calor, e as impurezas no fluido precipitam-se sobre a superfície dos tubos.

A precipitação destas impurezas pode ser causada por:

Uso frequente do trocador de calor Ausência de limpeza regular do trocador de calor Redução da velocidade dos fluidos movendo-se através do trocador de

calor Superdimensionamento do trocador de calor

Efeitos de incrustação são mais abundantes nos tubos frios dos trocadores de calor que em tubos quentes. Isto é causado porque impurezas são menos

facilmente dissolvidas num fluido frio. Isto é porque, para a maioria das substâncias, a solubilidade aumenta quando a temperatura aumenta. Uma notável exceção é água-dura e seus sais de metais alcalino-terrosos onde o oposto é verdadeiro.

A incrustação aumenta a área da seção transversal para o calor ser transferido e causa um aumento na resistência à transferência de calor através do trocador de calor. Isto é porque a condutividade térmica da camade de incrustação é baixa. Isto reduz o coeficiente de transferência térmica global e a eficiência do trocador de calor. Ocorrendo isto, pode conduzir a um aumento nos custos de bombeamento e manutenção.

A abordagem convencional para o controle de incrustação combina a aplicação “cega” de biocidas e produtos químicos antitártaro com testes de laboratório. Isto frequentemente resulta em uso excessivo de produtos químicos com o inerente efeito colateral de acelerar o sistema de corrosão e aumentar os resíduos tóxicos - sem mencionar o incremento de custos de tratamentos desnecessários.

O superdimensionamento dos trocadores causa o aumento da incrustação pela diminuição do arraste tanto de sólidos particulados quanto de impurezas que se solidificam e se precipitam ao longo do trocador, não sendo removidos continuamente pela ação do próprio movimento em suficiente velocidade do fluido.

5. Considerações adicionais

Tendo em vista o que foi exposto acima, algumas considerações podem ser feitas sobre a prática do trocador de calor.

Podemos observar que as inconsistências físicas (fluido frio recebendo mais calor do que o que o fluido quente deu) aconteceram quando a vazão do fluido frio era maior do que a vazão do fluido quente. Porém a temperatura em que o fluido frio está saindo é menor ou próxima à temperatura que o fluido quente está saindo. A transferência de calor pode ter sido facilitada pela velocidade de escoamento do fluido frio que intensificou a turbulência e melhorou o coeficiente de transporte de energia.

Outra explicação reside no alto calor específico da água, o que dificulta a mudança rápida do seu perfil de temperatura padrão, deve ser considerado utilizar um tempo maior entre os experimentos para esperar a completa estabilização do sistema e garantir que não há interferência nos resultados.

Ainda sobre os resultados do experimento, observa-se na literatura que os cálculos realizados através das expressões devem considerar que o fluido passa por um tubo sem incrustações e sem aletas. Porém, a equipe observou que o equipamento de troca de calor utilizado para o experimento continha corrosão. A corrosão pode ser um dos interferentes tanto nos cálculos dos calores trocados entre os fluidos quanto no cálculo dos parâmetros

encontrados, como a efetividade e o coeficiente global de transferência de calor.

6. Site consultado

http://collatio.tripod.com/regeq/condies.htm