Trocador de calor tubo a tubo: desempenho térmico e requisitos de processo

Um trocador de calor tubo a tubo é o dispositivo térmico mais previsível no processamento sanitário. Sua geometria pode ser modelada manualmente, seu padrão de fluxo em contracorrente não precisa de fator de correção e seu canal de produto pode ser aberto, inspecionado e limpo sem puxar um feixe de tubos. É por isso que as fábricas de laticínios, bebidas e biofarmacêuticas ainda os encomendam em 2026, muito depois de as unidades de placas e tubos terem assumido as grandes funções.

O desempenho térmico e os requisitos do processo se contrapõem neste tipo de trocador. Um projeto que aumenta o coeficiente geral de transferência de calor geralmente precisa de velocidades mais altas e canais de fluxo mais estreitos, e as mesmas escolhas aumentam a queda de pressão, aumentam os danos por cisalhamento do produto e dificultam a limpeza.

Como um trocador tubo a tubo é construído e onde ele ganha

Um trocador de calor tubo a tubo passa um fluido através de um tubo interno e o segundo fluido através do anel formado por um tubo revestido enrolado em torno dele, em fluxo contracorrente, o que fornece um fator de correção de diferença de temperatura média logarítmica de F = 1,0 durante todo o serviço.

Geometria em tamanhos práticos

• Tubo interno DN20 a DN50; um tubo DN25 fornece cerca de 0,079 m2 de área de transferência por metro de comprimento.
• Jaqueta DN50 a DN100; O diâmetro hidráulico do anel é igual ao diâmetro interno da camisa menos o diâmetro externo do tubo interno.
• Comprimentos padrão de 1,5 m, 3 m e 6 m, unidos em série com curvas em U ou plataformas de retorno para tarefas mais longas.
• Aço inoxidável 316L (UNS S31603) para contato com o produto; unidades biofarmacêuticas seguem ASME BPE-2022.

Onde bate uma unidade de casco e tubo

• Produto com alto teor de sólidos ou fibroso, porque não há defletores para reter partículas.
• Pequenas tarefas com uma abordagem rigorosa de temperatura, onde F = 1,0 é importante.
• Produto viscoso que precisa de um anel estreito para manter alta a taxa de cisalhamento da parede.
• Troca frequente de produto, porque o tubo é inspecionado e limpo sem puxar o feixe.

Trocador de calor tubo em tubo e multitubo Design modular de tubo concêntrico com aço inoxidável de qualidade alimentar, compatível com limpeza CIP e desmontagem, adequado para processamento higiênico e meios de alta viscosidade. Ver Produto →

Um trocador tubo a tubo não é uma unidade de casco e tubo em escala reduzida. A remoção dos defletores remove o fluxo cruzado que eleva os coeficientes do lado do casco, de modo que um projeto tubo em tubo geralmente precisa de 20 a 40% mais área de superfície para a mesma tarefa. Ele ganha na capacidade de limpeza, não na eficiência térmica bruta.

Desempenho térmico: os números que decidem o comprimento do tubo

No serviço água-água limpa, um trocador tubo a tubo atinge um coeficiente geral de transferência de calor de 900 a 1.500 W/m2K; o mesmo hardware que lida com um produto de 5.000 mPa.s cai para 300 a 700 W/m2K, uma diferença de três vezes na área necessária para uma tarefa idêntica.

Duas variáveis alteram esses números mais do que qualquer outra: o número de Reynolds do lado do produto e a margem de incrustação. Abaixo de um número de Reynolds de aproximadamente 10.000, o coeficiente do filme do produto entra em colapso e o trocador tem que crescer em comprimento e não em diâmetro.

Requisitos de processo que substituem o cálculo térmico

Três requisitos de processo decidem se um trocador tubo a tubo termicamente correto passa no comissionamento: um acabamento superficial de contato com o produto de Ra 0,8 um ou mais fino, uma velocidade de limpeza de pelo menos 1,5 m/s e um teste hidrostático documentado a 1,5 vezes a pressão de projeto.

Acabamento higiênico e qualidade de solda

As unidades de alimentos e bebidas são especificadas para Ra 0,8 um ou mais fino sob 3-A Sanitary Standard 12-06 e EHEDG Doc. 8. As unidades biofarmacêuticas seguem ASME BPE-2022, onde o contato do produto é normalmente Ra 0,4 um eletropolido, as soldas são orbitais e sem fendas, e cada solda do produto é verificada por boroscópio e corante penetrante. O conjunto completo de expectativas de material e acabamento é apresentado neste guia para acabamento superficial do trocador de calor sanitário e requisitos higiênicos .

Limpeza e drenagem

O desempenho da limpeza no local é um problema de velocidade, não um problema químico. 3-A Norma Sanitária 12-06 exige uma velocidade mínima de limpeza de 1,5 m/s através do canal do produto, e produtos lácteos com alto teor de sólidos são normalmente limpos a 2,0 m/s. A unidade também precisa de inclinação de drenagem de 1 a 2 por cento, sem pernas mortas horizontais com mais de dois diâmetros de tubo e montagem vertical onde o produto possa assentar.

Pressão, temperatura e expansão térmica

As unidades sanitárias tubo-em-tubo são geralmente projetadas para 10 bar, com jaquetas utilitárias de alta pressão levadas para 25 bar. ASME VIII Divisão. 1 UG-99 requer um teste hidrostático a 1,5 vezes a pressão projetada. A expansão é igualmente importante: o aço inoxidável 316L cresce 16,5 x 10 ^ -6 por grau C, portanto, uma oscilação de 120 graus C em uma unidade de 6 m move cada extremidade cerca de 12 mm, e o tubo interno e a camisa raramente ficam na mesma temperatura.

Unidade Trocadora de Calor Tubo-em-Tubo Sanitário Design de tubo concêntrico com aço inoxidável 316L, eletropolido para Ra ≤ 0,5 μm, manipula produtos fibrosos e suporta CIP/SIP, ideal para tarefas com baixa área de superfície. Ver Produto →

Tubo em tubo, multitubo, placa ou casco e tubo

Abaixo de 30 m2 de área de superfície e 5 m3/h de fluxo de produto, as unidades tubo em tubo e multitubo normalmente ganham em facilidade de limpeza e custo de instalação; acima de 100 m2, um trocador de placas ou de casco e tubos é a única opção comercialmente sensata.

Trocador de calor de casco e tubo flangeado Unidade de casco e tubo de aço inoxidável com tampas de extremidade flangeadas removíveis para inspeção e limpeza, adequada para tarefas de aquecimento, resfriamento e condensação em grande escala. Ver Produto →

Corresponder o tipo ao dever é tanto uma conversa com o fornecedor quanto um cálculo. Shiloc (Shanghai) Industrial Trading Co., Ltd., comercializada como Shanghai Haikexin Fluid Equipment, constrói unidades sanitárias de transferência de calor para as indústrias de alimentos e bebidas e biofarmacêutica, e sua capacidade de engenharia e exportação está resumida em seu perfil da empresa .

Lista de verificação de especificação e inspeção

Uma ficha técnica de trocador tubo a tubo deve fechar sete itens antes da liberação do pedido de compra; deixar qualquer um deles aberto é o motivo mais comum para a repetição de um teste de aceitação de fábrica.

Perguntas práticas que os engenheiros fazem antes de fazer o pedido

Que área de superfície um único trocador tubo a tubo pode cobrir?

Uma única unidade DN25 com 6 m de comprimento fornece cerca de 0,47 m2 de área de transferência. As carcaças multitubos com 7 a 19 câmaras de ar alcançam de 3 a 9 m2 por carcaça, e os bancos em série estendem o alcance prático para aproximadamente 30 m2.

Um trocador tubo a tubo pode atingir um cruzamento de temperatura?

Sim. Com F = 1,0, um produto pode ser aquecido de 20 a 72 graus C pela entrada de água a 70 graus C. Uma única passagem de casco e tubo não pode fornecer isso e precisaria de dois cascos em série.

Qual deve ser o tamanho da margem de incrustação?

Siga TEMA para o serviço: 0,00009 m2K/W para água de resfriamento tratada, 0,00018 m2K/W para laticínios e 0,00035 m2K/W para xarope. Cada 0,0001 m2K/W adicionado a uma operação com resistência limpa de 0,001 m2K/W custa cerca de 9% a mais de área de superfície.

Qual acabamento superficial é necessário para unidades biofarmacêuticas?

ASME BPE-2022 rege. O contato com o produto e o serviço de água para injeção são normalmente especificados em Ra 0,4 um eletropolido, enquanto o serviço de alimentos e bebidas sob a Norma Sanitária 3-A 12-06 aceita Ra 0,8 um polido mecanicamente.