O controle de temperatura é uma ação necessária para diversos processos industriais e, para que isso seja possível, é preciso recorrer a equipamentos capazes de prover tal façanha.
Desta forma, é evidenciada a necessidade de escolher o método de propagação de calor ideal para o processo, de forma que o mesmo se beneficie de um controle de temperatura preciso e eficiente.
Neste contexto, são destacados uma série de equipamentos conhecidos por atuarem sobre a temperatura, tais como o queimador de combustível, resistência elétrica e o permutador de calor.
O permutador de calor, especialmente, é um equipamento industrial que pode ser utilizado tanto para sistemas de aquecimento quanto para sistemas de refrigeração industrial.
Por este motivo, o presente texto apresenta o permutador de calor e aborda a sua função, flexibilidade e toda a engenharia por trás da sua estrutura, que promove uma troca de calor eficiente com o ambiente.
Portanto, não perca por esperar e conheça esse equipamento industrial tão versátil e conhecido neste âmbito.
Contents
A influência da temperatura em processos
É fato que o controle de temperatura em processos é algo essencial para garantir a qualidade do produto em processos industriais, assim como é descrito na ISO 9001.
Embora tal afirmação seja óbvia, é preciso entender o porquê através de um contexto, o qual explica alguns fundamentos e influências da temperatura em processos.
Primeiramente, podemos citar a termodinâmica, a qual leva a temperatura como um fator crucial e que afeta a energia interna e o comportamento dos materiais em processos.
Em segundo, pode ser elevado o impacto da temperatura sobre a energia cinética, já que reações químicas ocorrem mais rapidamente a temperaturas mais altas.
Desta forma, é conclusivo que a temperatura pode afetar a qualidade do produto final, como na indústria de alimentos e bebidas, onde o controle de temperatura é essencial para garantir a consistência e segurança do produto.
Além disso, o controle da temperatura exerce também um papel importante na gestão de recursos e na eficiência energética, promovendo um esforço que seja coerente com a necessidade.
O que é o permutador de calor
O permutador de calor, conhecido também como trocador de calor, é um equipamento industrial projetado para transferir calor entre dois ou mais fluidos, sejam eles gases, líquidos ou ambos, de modo indireto (sem que se misturem).
O método de transferência de calor de modo indireto, ou seja, sem que haja o contato físico de um fluido com outro, tem o propósito de aumentar ou diminuir a temperatura de um fluido sem que ocorra a contaminação cruzada entre fluidos.
Componentes principais
Embora existam diferentes tipos de permutadores de calor, os quais ainda serão apresentados, podem ser considerados os seguintes componentes principais, de modo geral:
- Superfície de troca de calor: áreas por onde ocorre a transferência de calor, podendo ser tubos, placas ou aletas;
- Entrada e saída de fluidos: abertura ou orifício por onde o fluido sai ou entra do permutador;
- Câmara de fluido: espaço onde o fluido circula por dentro do permutador.
Tipos de permutador de calor
O permutador de calor é um equipamento que tem somente um propósito, como foi explicado anteriormente: promover a troca de calor entre fluidos de maneira eficiente.
Embora a função seja uma só, existem diferentes tipos de calor presentes no mercado, os quais são distintos pela sua construção física.
Que tal conhecê-los?
- Permutadores de placas: Utilizam placas finas de metal, com os fluidos quente e frio circulando em canais alternados;
- Permutadores de tubos concêntricos: Um fluido circula por um tubo interno e o outro fluido circula pelo espaço entre o tubo interno e um tubo externo;
- Permutadores de casco e tubos: Composto por um feixe de tubos dentro de um casco maior, onde um fluido circula pelos tubos e o outro pelo casco;
- Permutadores de calor de aletas: Utilizam aletas (superfície estendida) para aumentar a superfície de contato de transferência de calor, comumente encontrados em sistemas de ar condicionado e radiadores de automóveis.
Tecnologias de controle de temperatura
Embora os permutadores de calor atuem diretamente sobre a temperatura de um meio, é compreensível que este equipamento não seja o único responsável pelo controle de temperatura de processos.
Para que um processo esteja, de fato, sob controle, é preciso também contar com uma unidade de monitoramento e outra de comando sobre o atuador.
Desta forma, os processos industriais que devem ter controle de temperatura , contemplam:
- Sistemas de refrigeração e aquecimento: Utilizados para manter a temperatura dentro das faixas desejadas.
- Sensores e transmissores de temperatura: dispositivos essenciais para monitorar e controlar a temperatura em tempo real.
Como funciona o permutador de calor
Para entender o funcionamento do permutador de calor, é preciso passar por uma série de recordações sobre a transferência de calor.
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Definições básicas
Primeiramente, vale lembrar que “calor” é a energia térmica em trânsito e é determinada pela diferença de temperatura entre os sistemas envolvidos.
Assim, entende-se que um fluido do sistema tem maior temperatura e outro menor temperatura, de forma que a troca de calor ocorre sempre do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura, buscando sempre o equilíbrio térmico.
Neste contexto, são definidos um fluido frio (aquele que recebe calor) e um fluido quente (aquele que cede calor).
Além disso, você se lembra da flexibilidade do permutador de calor quanto ao aquecimento ou resfriamento?
Pois bem, agora é o momento de entendê-la.
Considerando que a troca de calor ocorre sempre do meio de maior temperatura para o meio de menor temperatura, entende-se que:
- Se o fluido que passa pelo interior do permutador tiver uma temperatura maior do que o fluido externo, o fluido externo será aquecido.
- Caso contrário, se o fluido que passa pelo interior do permutador tiver menor temperatura se comparado com o fluido externo ao equipamento, o fluido externo será resfriado.
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Condutividade térmica
Os materiais usados na construção de permutadores de calor devem ter alta condutividade térmica. Assim, é facilitada a transferência de calor do fluido interno para a sua superfície que há de ter contato com o meio externo.
Dentre os materiais de boa condutividade térmica mais comuns, podem ser citados o cobre, o alumínio e o aço inoxidável.
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Tipos de transferência de calor em permutadores
- Condução: transferência de calor através de um material sólido ou entre materiais que estão em contato físico direto. O fenômeno acontece porque o calor se move de molécula para molécula, de modo que as moléculas mais quentes transferem energia para as mais frias;
- Convecção: transferência de calor que ocorre por meio do movimento de um fluido, que pode ser gás ou líquido. Neste caso, a transferência acontece por meio do calor que se move de molécula para molécula e, novamente, das moléculas mais quentes para as moléculas mais frias.
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Exemplo
Sabe-se que um sistema de refrigeração básico é composto, principalmente, pelo compressor, condensador, dispositivo de expansão (válvula de expansão ou capilar) e um evaporador.
Neste contexto, são encontrados os seguintes permutadores de calor no sistema de refrigeração:
- Condensador: Permutador de calor onde o refrigerante quente e pressurizado, no estado gasoso, libera calor para o ambiente externo, condensando-se em líquido;
- Evaporador: Permutador de calor em que o refrigerante frio e de baixa pressão absorve o calor do ambiente interno, sofrendo a evaporação da forma líquida para gás.
Neste viés, e para cada permutador, tem-se os seguintes funcionamentos:
Condensador
O refrigerante quente e pressurizado sai do compressor e entra no condensador como gás superaquecido. Assim, o calor do refrigerante é transferido por condução através das paredes dos tubos do condensador para as aletas ou placas de metal, que aumentam a área de superfície.
Neste contexto, observa-se dois pontos importantes:
- O calor do refrigerante é transferido das aletas para o ar ambiente, por convecção;
- O fluido refrigerante, por ter rejeitado calor para o ambiente, está pronto para percorrer o sistema de refrigeração.
Evaporador
O refrigerante líquido e de alta pressão que vai para o dispositivo de expansão e perde pressão, entra no evaporador como uma mistura de líquido e vapor a baixa temperatura.
Desse modo, o refrigerante absorve calor do ar interno (ambiente a ser resfriado), por convecção, evaporando-se à medida que passa pelo evaporador. Além disso, o calor do ar é transferido para as paredes do evaporador para o refrigerante, por condução.
Conclusão
Em suma, o permutador de calor, conhecido também como trocador de calor, é um equipamento essencial para diversos processos industriais.
A sua presença nestes âmbitos proporciona o controle preciso e eficiente da temperatura, a qual ocorre por meio de sensores e transmissores, além de um sistema inteligente que há de aplicar o controle preciso da temperatura no meio.
Foi visto também que capacidade de transmitir calor de maneira indireta entre fluidos, garante a integridade dos fluidos envolvidos e evita contaminações.
Além disso, vimos que no contexto dos sistemas de refrigeração, os permutadores de calor desempenham um papel fundamental na eficiência do ciclo de refrigeração, como pôde ser observado nos condensadores e evaporadores.
E, para que seja compreensível o funcionamento deste equipamento, é preciso entender os princípios de condução e convecção que ditam a transferência de calor nesses sistemas.
Por fim, entende-se que a eficiência operacional e a qualidade dos produtos finais devem estar sob responsabilidade de um sistema robusto e que tenha bons equipamentos.
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