Projetando um sistema de fluido térmico: Simples e complexo

Gerenciar o fluxo de calor em um sistema de fluido térmico é fundamental para fornecer controle de temperatura preciso para fluidos de processo e para proteger o equipamento envolvido.

Em um sistema com um aquecedor acionado, o fluxo impróprio pode causar danos às bobinas de aquecimento dentro do aquecedor ou causar rápida degradação do fluido térmico. Para evitar danos ao sistema, ele deve ser projetado para manter um fluxo constante através do aquecedor durante a operação. Alguns desses projetos são ilustrados nos diagramas anexos.

Um fluido de processo pode ser qualquer tipo de fluido que requeira calor no processo de fabricação, incluindo compostos químicos, asfalto líquido, polímero líquido, cera, lodo residual, óleo de cozinha, petróleo bruto, GNL e assim por diante.

No processo de aquecimento, você pode aquecer o fluido do processo direta ou indiretamente com um aquecedor acionado ou um aquecedor elétrico. O aquecimento indireto usa um fluido térmico (também chamado de fluido de transferência de calor), como óleo, óleo sintético e glicol de água. O fluido térmico é aquecido pelo aquecedor que então circula através de bobinas de aquecimento, um trocador ou um vaso encamisado para aquecer o fluido do processo. O método indireto é um sistema de circuito fechado, o que significa que o fluido térmico que sai do aquecedor retornará e percorrerá continuamente o circuito.

Há vários fatores a serem considerados ao projetar um sistema de aquecimento para fluxo e transferência de calor adequados. Com vasos contendo os fluidos de processo referidos como "usuários", os seguintes são alguns dos fatores a serem considerados.

Primeiro, quantos usuários precisarão de calor? Você pode ter um único aquecedor que pode fornecer calor para vários usuários. O aquecedor precisará ser dimensionado para levar em conta a perda de calor entre todos os usuários e a taxa de fluxo com base no projeto do sistema.

Em seguida, os usuários executarão ao mesmo tempo? Se os usuários estiverem funcionando ao mesmo tempo, o aquecedor precisará ser maior, enquanto se você estiver operando apenas um usuário por vez, o aquecedor pode ser dimensionado para acomodar o usuário que precisa de maior carga.

Além disso, os usuários precisam da mesma temperatura do fluido térmico? Um sistema pode ser projetado para acomodar usuários que precisam da mesma temperatura do fluido térmico ou de várias temperaturas ao mesmo tempo.

Algum dos processos precisa esfriar? Alguns fluidos de processo podem precisar esfriar após serem aquecidos. Isso pode ser feito naturalmente com o tempo ou mais rapidamente com um trocador adicional.

Em que prazo os processos precisam acontecer? Alguns usuários podem exigir uma fonte constante de calor, enquanto outros podem precisar apenas de calor por um período de tempo relativamente curto. E alguns usuários podem precisar ser aquecidos rapidamente. Quanto mais rápido o aquecimento, maior o aquecedor.

Os circuitos de fluido térmico são controlados usando uma série de válvulas (normalmente válvulas moduladoras), elementos de temperatura e sensores de pressão para controlar o fluxo e manter temperaturas precisas. As válvulas são tipicamente automatizadas e funcionam em conjunto com os controles do aquecedor para garantir que as temperaturas adequadas sejam alcançadas para cada usuário. Quando os usuários atingem a temperatura desejada, válvulas e tubulações de derivação são usadas para garantir que o aquecedor tenha um fluxo adequado passando por ele, ao mesmo tempo em que mantém a temperatura dos usuários.

Quando um aquecedor é usado para aquecer vários usuários, os usuários estarão em série ou em paralelo. Quando em série, uma única bomba é usada para manter o fluxo sobre todos os usuários e o aquecedor. O fluxo, medido em gpm (galões por minuto), é o mesmo gpm em todos os usuários e no aquecedor. Em paralelo, uma única bomba ou várias bombas são usadas para distribuir o fluxo para cada linha de usuário. Às vezes, uma bomba de circulação adicional é usada para manter o fluxo no aquecedor. A vantagem de um projeto paralelo é que o fluido térmico se aproxima de cada usuário na mesma temperatura, em comparação com um projeto em série, há perda de calor em cada usuário e os usuários a jusante terão uma temperatura de aproximação mais baixa. Você pode ter uma combinação de sistemas paralelos e em série.

Sistemas de linha única

Os sistemas de fluido térmico de linha única são o tipo de sistema mais básico, mas ainda podem ser bastante versáteis. Normalmente, uma única bomba de circulação é usada para mover o fluido de transferência de calor por todo o sistema. Este tipo de sistema pode ter um único usuário ou vários usuários. Um único usuário pode ter uma única zona de aquecimento (Figura 1) ou várias zonas (Figura 2). Com várias zonas, diferentes volumes de produto podem ser aquecidos sem aquecer todo o tanque.