O que é um trocador de calor de concha e tubo?

Um trocador de calor de casco e tubos é um vaso de pressão que contém um feixe de tubos. Um fluido flui através dos tubos (lado do tubo), enquanto um segundo fluido flui ao redor dos tubos dentro do casco (lado do casco). As paredes do tubo servem como superfície de transferência de calor, permitindo que a energia térmica passe entre os dois fluidos sem que eles nunca se misturem. Eles são o padrão da indústria para aplicações industriais de alta pressão, alta temperatura e serviços pesados.

O mecanismo depende de convecção e condução.

1. Separação de Fluxo: Os fluidos permanecem fisicamente separados pela parede do tubo.

2. Troca Térmica: O calor se move do fluido mais quente para o fluido mais frio através da parede do tubo.

3. Melhoria da turbulência: Dentro do casco, defletores de metal forçam o fluido do lado do casco a fluir através dos tubos em zigue-zague. Isto aumenta a turbulência, o que melhora significativamente as taxas de transferência de calor em comparação com o fluxo laminar.

4. Arranjos de Fluxo:

   • Cocorrente: Os fluidos entram pela mesma extremidade e fluem na mesma direção.

   • Contra-corrente: Os fluidos fluem em direções opostas, geralmente alcançando maior eficiência térmica.

Compreender esses componentes é essencial para selecionar ou manter uma unidade:

• Pacote de tubos: O componente principal que consiste em tubos retos ou em forma de U.

• Shell: O invólucro externo cilíndrico contendo o fluido do lado do shell.

• Folha de tubo: Uma placa que fixa os tubos no lugar e separa os fluidos do lado do tubo e do lado do casco.

• Defletores: Placas internas que sustentam os tubos, evitam vibrações e direcionam o fluxo de fluido para maximizar a transferência de calor.

• Coletores (dianteiros e traseiros): Câmaras nas extremidades que direcionam o fluido do lado do tubo para dentro e para fora do feixe.

Os códigos TEMA (Tubular Exchanger Manufacturers Association) e ASME definem as configurações mecânicas primárias:

• Robustez: Capaz de suportar pressões extremas (> 300bar) e temperaturas (> 400 °C).

• Versatilidade: Funciona com líquidos, gases e meios de mudança de fase (condensação/evaporação).

• Facilidade de manutenção: Os designs de tubo em U e cabeçote flutuante permitem inspeção interna e limpeza mecânica.

• Confiabilidade: Décadas de engenharia padronizada (TEMA/ASME) os tornam previsíveis e seguros.

• Pegada: Significativamente maior e mais pesado que os trocadores de calor de placas.

• Incrustação: Suscetível a incrustações; requer manutenção cuidadosa da geometria do defletor/tubo.

• Eficiência: Geralmente menor eficiência de transferência de calor por unidade de volume em comparação com designs de placas.

P: Os trocadores de casco e tubos estão em conformidade com os códigos ASME?

R: Sim. O projeto e a fabricação dessas unidades são regidos pelo Código ASME para Caldeiras e Vasos de Pressão (Seção VIII) e pelos padrões TEMA para garantir a integridade estrutural em ambientes industriais.

P: Quando devo escolher casco e tubo em vez de um trocador de calor de placas?

R: Escolha casco e tubo quando seu processo envolve pressões muito altas, altas temperaturas, fluidos perigosos que exigem contenção robusta ou condições de alta incrustação que tornam os canais de placas finas propensos a entupimento.

P: Qual é a finalidade dos defletores na carcaça?

R: Os defletores têm dois propósitos: atuam como uma estrutura de suporte para evitar que os tubos cedam ou vibrem (o que causa vazamentos por fadiga) e aumentam a turbulência, forçando o fluido do lado do casco a girar através dos tubos para maximizar a extração de calor.

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