Trocador de Calor, Coletor Solar, GERADORES DE VAPOR, Notas de estudo de Engenharia Mecânica

Trocador de Calor, Coletor Solar, GERADORES DE VAPOR, Notas de estudo de Engenharia Mecânica

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Trocador de Calor

Um trocador de calor é um equipamento onde ocorre uma troca térmica entre dois fluidos, normalmente separados por uma parede. Há diversos tipos construtivos, dentre os quais, um dos mais usados industrialmente é o de feixe tubular, constituído por um conjunto de tubos envolto por um casco. Um dos fluidos circula no interior dos tubos e o outro fluido escoa no lado externo. São equipamentos que fazem a transferência de energia de uma corrente quente de fluido para uma corrente fria, permitindo ou não que os fluidos entrem em contato.

Trocador de Calor Casca e Tubo

São trocadores amplamente utilizados em processos industriais (aquecimento, resfriamento, evaporação ou vaporização e condensação de todas as espécies de fluidos), quando se necessita de grandes áreas para transmissão de calor. Tem vantagens em termos de fabricação, custos e desempenho térmico. Podem ser construídos com grandes superfícies de troca de calor em um volume relativamente pequeno, apresentando grande flexibilidade nas condições de projeto e operação (ampla faixa de temperatura e pressão). 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. Além das propriedades físicas citadas, é preciso ter em conta características como a corrosividade, a toxidez, a periculosidade, a inflamabilidade. Para esses casos, a garantia de que não exista vazamento do fluido deve ser maior. Os cuidados para a detecção de um eventual vazamento devem ser redobrados, assim como as providências posteriores devem ser imediatas e de preferência automaticamente acionadas.

Coletor Solar

O coletor solar é um dispositivo onde se pode verificar a transmissão do calor através dos três processos: condução, convecção e radiação. A energia solar que incide por radiação é absorvida pelas placas coletoras. Estas transmitem a parcela absorvida desta energia para a água (que circula no interior de suas tubulações de cobre), sendo que uma pequena parte é refletida para o ar que envolve a chapa. A eficiência do coletor é dada pela proporção dessas três parcelas de energia (absorvida, transmitida e refletida) em relação à quantidade total de energia incidente. Dessa forma, o coletor será mais eficiente quanto maior for a quantidade de energia transmitida para a água. O reservatório térmico, ou Boiler, é um recipiente termicamente isolado onde a água aquecida que será consumida posteriormente é armazenada. Este reservatório é mantido sempre cheio, sendo alimentado por uma caixa de água fria. Em sistemas convencionais, a água circula entre os coletores e o reservatório térmico através de um sistema natural chamado termossifão ou circulação natural. Nesse sistema, a água dos coletores fica mais quente e, portanto, menos densa que a água no reservatório. Dessa forma, por convecção, é realizada a circulação da água. A circulação da água também pode ser feita através de motobombas em um processo chamado de circulação forçada ou bombeado, e são normalmente utilizados em piscinas e sistemas de grandes volumes. Os coletores solares são utilizados normalmente para aquecer a água da rede para as tarefas do dia-a-dia, como tomar banho, cozinhar, etc. A cobertura do coletor solar é de vidro, e logo, é transparente à radiação visível. Esta radiação irá, então, entrar no coletor, aquecendo o seu interior, principalmente a placa coletora. Esta é feita de um material bom absorsor (absorve muita radiação), e logo, bom emissor (emite também muita radiação). Desta forma, a radiação solar que entrou no coletor será absorvida pela placa, emitindo de seguida radiação menos energética, a infravermelha. Este processo de absorção/ emissão é bastante rentável. O fato é que o vidro, de que é feita a cobertura, é opaco à radiação infravermelha. Logo, a energia emitida pela placa coletora não sairá facilmente do aparelho, contribuindo este processo para o aquecimento mais rápido do sistema, e logo, da água que nele circula. Verifica-se assim efeito de estufa. A temperatura da placa absorsora irá aumentar, e este, por sua vez, irá transferir energia sob a forma de calor para a serpentina de tubos com o fluido que se encontra por baixo, até que se

atinja o equilíbrio térmico entre o metal e o fluido no interior dos tubos de cobre. Como o fluido a temperatura superior é menos denso, irá subir até ao depósito com água da rede. Ao passar no seu interior, o fluido irá transferir energia sob a forma de calor para a água no depósito. Esta, por sua vez, será utilizada na casa para as variadas tarefas. Após esta transferência, o fluido terá arrefecido, ficando mais denso e descendo de volta ao coletor, onde reiniciará o seu ciclo.

Vantagens e Desvantagens

Este sistema tem inúmeras vantagens, visto que utiliza energia renovável, e aquece a água a custo zero, visto que utiliza energia solar. Mas há uma razão para que ainda não muita gente o utilize. A sua instalação é bastante dispendiosa, só se começando a ter ganhos ao fim de alguns anos. Nunca se fica realmente independente, pois em dias enevoados e chuvosos o rendimento é bastante reduzido. À noite não existe luz solar, e no caso de utilização mais intensiva acaba por ser necessário recorrer à resistência eléctrica que se encontra no interior do depósito.

GERADORES DE VAPOR

CALDEIRAS ou GERADORES DE VAPOR D’ÁGUA são equipamentos destinados a mudar o estado da água, do líquido para o de vapor, a fim de ser usado em aquecimento, no acionamento de máquinas motrizes (turbinas e máquinas alternativas), em processos industriais, em esterilização, etc.

Vapor de água é usado como meio de geração, transporte e utilização de energia desde os primórdios do desenvolvimento industrial. Inúmeras razões colaboraram para a geração de energia através do vapor. A água é o composto mais abundante da Terra e, portanto, de fácil obtenção e baixo custo. Na forma de vapor tem alto conteúdo de energia por unidade de massa e volume. As relações temperatura e pressão de saturação permitem utilização como fonte de calor a temperaturas médias e de larga utilização industrial com pressões de trabalho perfeitamente toleráveis pela tecnologia disponível, já há muito tempo. Toda indústria de processo químico tem vapor como principal fonte de aquecimento: reatores químicos, trocadores de calor, evaporadores, secadores e inúmeros processos e equipamentos térmicos. Vapor saturado tem a grande vantagem de manter temperatura constante durante a condensação à pressão constante. A pressão de condensação do vapor saturado controla indiretamente a temperatura dos processos. O controle de pressão, por ser um controle mecânico de ação direta é conseguido muito mais fàcilmente que o controle direto de temperatura.

Tipos de Caldeiras

Atualmente, podemos classificar as caldeiras em dois tipos básicos:

- flamotubulares, onde os gases de combustão circulam por dentro de tubos, vaporizando a água que fica por fora dos mesmos

- aquatubulares, onde os gases circulam por fora dos tubos, e a vaporização da água se dá dentro dos mesmos.

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