DETERMINAÇÃO DE TROCADOR DE CALOR MAIS CRÍTICO EM UMA INDÚSTRIA

 

DETERMINAÇÃO DE TROCADOR DE CALOR MAIS CRÍTICO EM UMA INDÚSTRIA

 

Eng. Químico Anderson José Beber

ajbeber@solenis.com

 

Definir um trocador de calor ou ao menos um conjunto de trocadores de calor considerado mais crítico por vezes pode tornar-se árdua. Algumas indústrias não apresentam esta dificuldade. Usinas termelétricas possuem um grande e principal trocador de calor essencial (condensador de superfície). Por outro lado refinarias, plantas químicas, dentre outras podem possuir centenas de trocadores de calor. Que critério assumir para determinar o mais crítico?

É importante também ressaltar qual o objetivo de se definir o equipamento mais crítico. Recomenda-se esta prática em virtude de se estabelecer estratégias específicas para minimização de falhas não apenas deste, mas de todos os trocadores da planta. Deve-se conhecer as condições de projeto e principalmente operação do equipamento mais crítico para prover as condições necessárias que este não venha à falhar e consequentemente, os menos críticos também não.

Muitos cedem ao empirismo, como ter “o sentimento” que este trocador “suja mais” ou “fura mais” e, com apenas visão prática, determinam que um ou outro seja o trocador de calor mais crítico de sua planta. Além de não ser recomendada, esta metodologia pode trazer falsa interpretação.

A bibliografia técnica traz algumas ferramentas com o objetivo de se auxiliar nesta determinação. Referências técnicas de organismos como TEMA (Tubular Exchanger Manufacturers Association) e NACE (National Association of Corrosion Engineers) dentre outros, recomendam alguns parâmetros importantes. Por exemplo, para um trocador de calor casco e tubo com água no tubo, deve-se manter velocidade mínima de água de 1 m/s e tempo de residência inferior à 20 s. São boas práticas para evitar problemas associados a deposição e incrustação, independentemente da qualidade do tratamento química da água de resfriamento.

Técnicas mais elaboradas podem trazer informações precisas sobre a capacidade de acúmulo de materiais no trocador de calor. Mesmo em trocadores onde os números estão de acordo com as melhores práticas supra citadas, ainda é possível observar problemas de deposição, mesmo que o tratamento químico esteja adequado.

A determinação da variável chamada HTSC – Hydro Thermal Stress Coefficient (Coeficiente de Estresse Hidro Térmico) é considerada a mais completa técnica justamente por incorporar dois importantes aspectos operacionais:

® velocidade linear da água de resfriamento

® temperatura de película na superfície de troca térmica

 

HTSC pode ser facilmente calculado com informações de operação do trocador. Sua equação encontra-se definida abaixo.

Caixa de texto:

 

T = temperatura de superfície de saída da água °C

tR = tempo de residência s

K (constante) = 1000 °C/s

 

O resultado é um número adimensional que serve de parâmetro para determinar  criticidade de um trocador de calor principalmente sob sua propensão em acumular deposições e incrustações no lado água.

Sempre que o HTSC for inferior a 2 significa que as condições hidráulicas e térmicas do trocador estão adequadas e com tratamento apropriado da água, não se espera problemas de deposição e incrustação. Valores superiores a 2, especialmente superiores a 3, potencialmente podem apresentar problemas de deposição, mesmo com um ótimo tratamento químico da água de resfriamento.

 

HTSC

Avaliação

> 2

Indica uma grande probabilidade para deposição, não ocorrerá necessariamente, a depender do tratamento químico

2,0 – 3,0

Tratamento químico apropriado pode controlar a deposição.

> 3,0

Requer mudanças de projeto ou operacionais

Tabela 1 – Avaliação sobre resultados de HTSC.

 

A Tabela 2 abaixo ilustra como esta ferramenta pode ser extremamente útil para previsibilidade de falhas e problemas nos trocadores.

 

HTSC

Temperatura de superfície (°C)

Tipo de deposição

Severidade

< 2

4 – 71

Variado

Não significativa

> 2

17

Incrustação por água fria

Ocorrência incomum

> 2

17 – 43

Biofilme

Variável

> 2

43 – 49

Biofilme & incrustação

Variável/Incipiente

> 2

49 – 53

Incrustação

Moderado

> 2

53 – 63

Incrustação

Severo

> 2

> 63

Incrustação

Muito severo

Tabela 2 – Severidade de deposições.

 

Recomenda-se a operação de um trocador de modo que mantenha HTSC abaixo de 2. Outras recomendações são válidas. Primeiro sobre à observação de HTSC de projeto e  real que podem ser diferentes. Por esta razão deve-se conferir em planta a verdadeira condição que pode ser distinta do projeto.

A segunda recomendação é para a elaboração de um novo projeto, também ainda baseando-se em uma sugestão da TEMA que recomenda um sobredimensionamento do trocador de calor, com limite de 25% do calculado. Observa-se em algumas plantas que as mesmas “tentam desde o início já ter capacidade para um futuro distante”. Isto se traduz em enormes trocadores de calor, muito maiores que a capacidade atual, mas assim instalados para um futuro crescimento que ainda não veio. Com isto HTSC e tempo de residência serão elevadíssimos e a velocidade linear baixíssima. Combinação perfeita para deposições e certeza de falhas.

 

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