Troca térmica em série: incrustação e controle
Duas unidades de troca térmica casco-tubo estão em série para resfriar 30 t/h de solução de 90 °C a 40 °C usando água de torre a 28 °C. O projeto previa coeficiente global de 450 W/m²K, mas após seis meses o coeficiente caiu para 260 W/m²K e a temperatura de saída subiu para 52 °C. A vazão de água de resfriamento foi aumentada ao máximo, mas a bomba está no limite de sua curva. Análises mostraram depósito de carbonato de cálcio no lado da água. A produção não pode parar; há uma parada programada em 20 dias. A equipe propõe reduzir a vazão de processo para 24 t/h para compensar.
1. Avalie se reduzir a vazão de processo é uma solução aceitável até a parada e quantifique o efeito esperado na temperatura de saída.
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Reduzir a vazão de processo aumenta o tempo de residência e, com a mesma área e um coeficiente global degradado, a temperatura de saída tende a cair, mas às custas de produtividade. A carga térmica atual é Q = m·cp·ΔT = 30.000/3600 · 3,8 · 50 ≈ 1.583 kW. Com U = 260 W/m²K e a área instalada, a diferença de temperatura média logarítmica disponível precisa ser compatível; ao reduzir para 24 t/h, a carga cai para cerca de 1.267 kW para o mesmo ΔT, o que pode ser removido com menor LMTD, resultando em saída próxima de 45–47 °C, ainda acima da meta de 40 °C. Logo, a medida alivia, mas não garante especificação, e reduz a produção em 20%. É aceitável apenas como paliativo com registro e plano de limpeza, não como solução.
2. Proponha duas ações de curto prazo que não reduzam a produção e explique como verificar sua eficácia.
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(1) Limpeza química em linha com ácido fraco e inibidor no lado da água, respeitando o material dos tubos, para remover carbonato; (2) instalar ou ajustar dosagem de anti-incrustante e aumentar a purga da torre para reduzir dureza e índice de saturação. Verificação: registrar U aparente calculado por Q/(A·LMTD) diariamente e acompanhar a temperatura de saída; eficácia é confirmada se U subir de 260 para pelo menos 380 W/m²K e a saída retornar a 40–43 °C. Também se deve medir a perda de carga, que deve cair após a limpeza.