Trocadores de calor regenerativos: tipos, princípio de operação, escopo

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 10:38

O princípio da troca de calor com meios circulantes aquecidos é considerado ideal para manter o funcionamento dos sistemas de aquecimento. Um sistema adequadamente organizado de canais de transferência de energia térmica requer custos mínimos de manutenção, mas ao mesmo tempo fornece desempenho suficiente. Uma opção de projeto otimizada para tal sistema é um trocador de calor regenerativo que fornece processos alternativos de aquecimento e resfriamento.

O que é um trocador de calor?

Os projetos de trocadores de calor modernos fornecem processos para transferência de energia térmica com perdas mínimas entre os meios operacionais. A troca ocorre mais frequentemente entre um líquido quente e superfícies metálicas frias, cujas paredes, por sua vez,vire, transfira o calor para outro meio circulante. O movimento constante fornece o efeito de uma transferência de massa estável, que é usada tanto em empresas industriais quanto no serviço doméstico de casas particulares. Além da troca de energia entre meios frios e quentes, os trocadores de calor podem fornecer resfriamento aos processos de evaporação, secagem, fusão e condensação. Em vez do calor como principal meio de trabalho, também podem ser usados fluxos frios, o que é especialmente comum em processos de produção onde é necessário o resfriamento periódico dos equipamentos. No entanto, as tarefas de aquecimento são mais propensas a serem associadas a projetos de trocadores de calor. Por exemplo, equipamentos de alta temperatura deste tipo podem aumentar o regime térmico até 400-700 °C.

Características do trocador de calor regenerativo

Projetos de trocadores de calor no nível básico são divididos em superfície e mistura. Neste caso, estamos falando de um representante de um grupo de dispositivos de superfície, caracterizados pelo fato de que dois meios ativos (fluxos aquecidos e frios) e uma parede de metal estão envolvidos no processo de trabalho, que transfere energia entre os massas. Em um trocador de calor regenerativo, a placa de metal de separação é lavada em intervalos regulares, mas não continuamente. Para comparação, podemos dar um exemplo de outro trocador de calor de superfície - recuperativo. Em tais dispositivos, o processo de trabalho envolve a lavagem constante de uma parede semelhante com água fria ou aquecidafluxos.

Princípio de funcionamento do dispositivo

A principal função do trocador de calor é realizada no momento do contato do meio de trabalho ativo com uma placa metálica que separa os fluxos. Ou seja, o princípio chave de funcionamento é o acúmulo de energia de um líquido que atualmente possui uma temperatura diferente da parede do trocador de calor. Grosso modo, no primeiro ciclo de operação, as correntes quentes transmitem e assim retêm calor no elemento metálico e, no segundo e último ciclo, o ambiente já frio percebe esse calor. O princípio acumulativo de operação do trocador de calor com uma separação clara em meios de acordo com a temperatura tem vantagens significativas. Primeiro, a ausência da necessidade de mixagem de mídia de trabalho melhora a qualidade da composição dos fluxos. Este é um fator importante no conteúdo técnico e operacional das comunicações. Em segundo lugar, a eficiência da transferência de calor como tal também é aumentada. Por outro lado, essas vantagens são inextricavelmente adjacentes às desvantagens do projeto. A separação fundamental de fluxos aumenta as dimensões do equipamento, por vezes forçando a extensão de segmentos de dutos em antigas redes de aquecimento de comunicação. Além disso, garantir a função de circulação exige um aumento do potencial energético, que se expressa na necessidade de conectar estações elevatórias de alta capacidade.

Refrigerantes usados

Os modelos de trocadores de calor regenerativos são versáteis em termos de facilidade de manutenção para diferentesambientes de trabalho. Tal como acontece com outros trocadores de calor, o meio ativo mais comum é um líquido – água ou anticongelante. Os refrigerantes utilizados nas operações tecnológicas na produção são mais diversos. Vapor de água, misturas de gases, fumaça e produtos de combustão são usados para aquecimento e resfriamento. No entanto, isso não significa que o mesmo trocador de calor regenerativo possa suportar a operação com diferentes transportadores de calor. Em princípio, o projeto permite tal possibilidade teórica, mas cada instância deve inicialmente ser projetada para operação em contato com um determinado ambiente agressivo, pois tanto as altas temperaturas quanto o líquido como tal afetam negativamente a estrutura metálica.

Tipos de trocadores de calor regenerativos

Existem dois tipos de tais unidades. São dispositivos com ação contínua e periódica. Os trocadores de calor contínuos são unidades com carga circulante granular. O sistema de controle para o processo de movimentação do meio de trabalho permite uma parada completa do movimento, na qual o refrigerante manterá contato com a superfície lavada. A propósito, a função de um regulador automático natural pode ser realizada por bicos especiais de armazenamento térmico. No projeto de um trocador de calor regenerativo com bicos fixos, as possibilidades de controle de vazão são limitadas e totalmente dependentes das configurações definidas pelo operador. Quanto aos modelos com ação periódica, elestêm uma estrutura de distribuição complicada de câmaras com transportadores de calor. Tal dispositivo aumenta a eficiência do aparelho, mas também requer uma função de alimentação mais responsável da bomba de circulação.

Trocadores de calor com núcleo fusível

Uma das versões mais avançadas do regenerador de troca de calor no momento, cuja embalagem é formada por plaquetas com espessura média de 20 mm. Nesse sistema, existe um núcleo de fusão - um dispositivo com metal líquido em seu interior, que libera energia térmica durante os períodos de fusão ou cristalização. O calor latente em trocadores de calor regenerativos com bocal móvel aumenta dez vezes a capacidade calorífica do circuito em comparação com unidades convencionais que criam condições favoráveis para processos de acumulação de calor. O desempenho deste tipo de trocador de calor de alta temperatura será determinado pela área de superfície específica da gaxeta e sua capacidade de armazenamento térmico.

Escopo do equipamento

Os trocadores de calor são amplamente utilizados em diversos sistemas de equipamentos de aquecimento com instalações de caldeiras, aquecedores de água, tanques de armazenamento, caldeiras, etc. Isso vale principalmente para o segmento privado, mas os maiores indicadores técnicos e operacionais deste dispositivo são divulgados no setor industrial. Por exemplo, as aplicações alvo para um trocador de calor de batelada regenerativo são formadas por plantas de aço e vidro, onde é necessário trabalhar comtemperaturas muito altas. Por exemplo, aquecedores de ar conectados em tais condições de operação são calculados para modos de até 1300 °C. E, novamente, podemos falar não apenas de meios líquidos, mas também de misturas gasosas, o que aumenta os requisitos de segurança para a operação de tais unidades.

Conclusão

A modificação regenerativa do trocador de calor foi desenvolvida para otimizar vários processos térmicos. Como resultado, nas mesmas instalações industriais hoje é possível realizar processos tecnológicos com consumo mínimo de combustível, mantendo uma alta temperatura de combustão. Mas isso não significa que o princípio de operação de um trocador de calor com função acumulativa seja completamente desprovido de desvantagens. Os pontos fracos deste equipamento incluem as possibilidades limitadas de automatizar o processo de engenharia térmica, o grande tamanho e peso do aparelho, bem como a dificuldade de conectar a estrutura às principais comunicações de produção. Outra coisa é que o projeto do regenerador está sendo constantemente aprimorado, como evidenciado pelo surgimento de modelos mais avançados de trocadores de calor com núcleo fusível.