Fabricante de trocadores de calor, montagem e projeto de trocadores de calor de tubos e tubos de acordo com ASME e TEMA
O que é um trocador de calor de casca e tubo (STHE)?
Um trocador de calor de casca e tubo (STHE) é o tipo de trocador de calor mais utilizado em aplicações industriais devido à sua robustez, versatilidade,e capacidade de lidar com altas pressões e temperaturasÉ constituído por uma casca (um grande vaso de pressão) com um feixe de tubos dentro. Um fluido flui através dos tubos (lado do tubo), e o outro flui fora dos tubos dentro da casca (lado da casca).O calor é transferido entre os dois fluidos através das paredes do tubo.
As ETS são regidas por duas normas fundamentais:
1. Código ASME de caldeiras e recipientes sob pressão (BPVC), Secção VIII, Divisão 1: Garante a segurança dos recipientes sob pressão.
2.TEMA (Associação de Fabricantes de Intercambiadores Tubulares): define o projeto mecânico, as tolerâncias e as práticas de fabricação.
Detalhes técnicos essenciais de acordo com a ASME e a TEMA
1Normas de conceção
A secção VIII, Divisão 1: ASME BPVC
-Cobre a concepção dos limites de pressão (casca, folhas de tubos, canais).
- Requer cálculos de espessura mínima, reforço do bico e testes hidrostáticos.
Normas TEMA (classes R, C, B):
- Classe R: Aplicações graves em refinarias e processos (altas pressões/temperaturas).
- Classe C: Serviço comercial/industrial geral.
- Classe B: Serviço de processos químicos (ambientes corrosivos).
2. Componentes e configuração
| Componente |
Descrição |
| Concha |
Conveio cilíndrico (aço carbono, aço inoxidável, etc.) de acordo com a norma ASME VIII-1. |
| Tubos |
Tubos retos/em forma de U (OD 5/8" a 2"), material selecionado para resistência à corrosão/térmica. |
| Folha de tubos |
Placas grossas perfuradas para tubos, concebidas em conformidade com a norma ASME VIII-1 (eficiência do ligamento ≥ 50%). |
| Frigoríficos |
Dispositivos de deflexão de tipo segmental, helicoidal ou de barra para direcionar o fluxo do lado da concha (regras de espaçamento TEMA). |
| Canal/Cabeça |
Coberturas removíveis (tipos TEMA da cabeça dianteira/ traseira: A, B, N, etc.). |
| Nozles |
Portas de entrada/saída de tamanho conforme ASME B31.3 ou API 660. |
Exemplo de designação TEMA:
AES:
- A: cabeça dianteira (capa de parafuso).
- Uma bala de passagem única.
-S: cabeça traseira flutuante (feixe de tração).
3. Projeto térmico
Função térmica (Q):Q=U⋅A⋅ΔTLMTD- Não.
- Não.: coeficiente global de transferência de calor (W/m2·K).
- Um.: Área de transferência de calor (DO do tubo × comprimento × número de tubos).
-ΔTLMTD- Não.: Diferença de temperatura média logarítmica (corrigida para ajustamento do caudal).
Disposições de fluxo:
- Contra-fluxo: máxima eficiência térmica.
- Fluxo paralelo: mais simples, mas com menor eficiência.
- Fluxo cruzado: comum em condensadores.
Método NTU de eficácia:
- Utilizado para arranjos de fluxo complexos ou propriedades de fluidos variáveis.
4Projeto Mecânico
Dimensões da concha e do tubo:
- Shell ID: Determinado pelo layout do feixe de tubos (triangular, quadrado, quadrado giratório).
- Passagem do tubo: mínimo 1,25 × D.O. do tubo (para permitir a limpeza).
Desenho da defleção:
- Baffles segmentados (20% 50% de corte) com espaçamento por TEMA (min 1/5 ID de concha ou 2").
- Sem Tubos na Janela (NTIW): Elimina zonas mortas.
Diminuição de pressão:
- Lado da concha: otimizado através de espaçamento/corte de defleção.
- Lado do tubo: Função da velocidade do fluido e comprimento do tubo.
5Selecção de material
| Componente |
Materiais comuns |
Orientações ASME/TEMA |
| Concha |
Aço carbono (SA-516), SS 316, Hastelloy |
Permissão de corrosão (3 mm tipicamente). |
| Tubos |
SS 304/316, Titânio, Cu-Ni, Inconel |
Compatível com o material da casca para evitar a corrosão galvânica. |
| Folha de tubos |
Materiais revestidos (aço carbono + camada SS) |
ASME VIII-1 para requisitos de ligação revestida. |
| Acessórios |
Espiral (SS + grafite), PTFE |
Classe TEMA R/C/B para limites de temperatura/pressão. |
6. Conformidade e ensaios ASME
Ensaio hidrostático:
-1,5 × pressão de projecto (ASME VIII-1 UG-99).
- Teste ambos os lados do tubo separadamente.
Ensaio pneumático:
-1.1 × pressão de projecto (se o ensaio hidrostático não for prático).
Requisitos de NDT:
- RT (testes radiográficos) para soldas.
-PT (corante penetrante) ou MT (partícula magnética) para rachaduras na superfície.
7Aplicações comuns
Óleo e Gás: pré-aquecedores, resfriadores, condensadores.
Instalações de energia: condensadores de vapor, aquecedores de água de alimentação.
Indústria química: refrigeração de reatores, destilação.
Ar condicionado, arrefecedores, aquecimento urbano.
Vantagens e limitações
| Vantagens |
Limitações |
| Capacidade de alta pressão (conforme à norma ASME). |
Propenso a impurezas (do lado da casca). |
| Fácil de limpar (bundos de tubos removíveis). |
Uma pegada maior em comparação com os trocadores de calor de placa. |
| Personalizável (configurações TEMA). |
Custo mais elevado para materiais exóticos (titânio). |
