A origem dos trocadores de calor de superfície raspada

A origem dos trocadores de calor de superfície raspada

A origem e o desenvolvimento dos trocadores de calor de superfície raspada remontam ao início do século XX. Sua criação não foi um sucesso repentino, mas sim uma resposta às limitações inerentes dos trocadores de calor tradicionais ao lidar com materiais específicos.

Origem principal: décadas de 1920 e 1930

O conceito e o projeto inicial dos trocadores de calor de superfície raspada foram formados principalmente durante esse período, impulsionados pela indústria alimentícia, particularmente na produção de margarina e sorvete.

1. Problemas a serem resolvidos:

Materiais de alta viscosidade: Materiais como manteiga, mistura para sorvete e geleia são extremamente viscosos e têm baixa fluidez em trocadores de calor tradicionais de tubos ou placas, entupindo facilmente e resultando em uma eficiência de transferência de calor muito baixa.

Sensibilidade ao cisalhamento: A formação de cristais de gordura ou de gelo nesses materiais exige um controle preciso. O resfriamento intenso ou irregular pode resultar em uma textura áspera e sabor desagradável.

Incrustações e carbonização: Materiais que contêm açúcar ou proteína tendem a solidificar e caramelizar em superfícies de aquecimento, afetando não apenas a transferência de calor, mas também causando deterioração do produto e dificuldade na limpeza do equipamento.

2. Pioneiros em Tecnologia:

Uma das primeiras patentes para trocadores de calor de superfície raspada remonta ao final da década de 1920 ou início da década de 1930. Por exemplo, por volta de 1928, engenheiros da empresa Gerhard, na Alemanha (posteriormente parte do Grupo APV), realizaram um trabalho pioneiro nessa área.

Outra figura fundamental foi CO (Charlie) Linn, que projetou o primeiro trocador de calor de superfície raspada comercialmente bem-sucedido para a divisão Votator da Girdler Corporation nos Estados Unidos (por volta de 1933-1935). Este dispositivo foi originalmente inventado para a produção contínua de margarina. O nome "Votator" tornou-se sinônimo de trocadores de calor de superfície raspada por muito tempo.

Pontos inovadores do princípio de funcionamento

O princípio fundamental do projeto de trocadores de calor de superfície raspada aborda de forma engenhosa os problemas acima mencionados:

• Ação de raspagem: Dentro do cilindro de troca de calor, um rotor equipado com raspadores gira em alta velocidade. Os raspadores, sob a ação da força centrífuga ou de molas, aderem firmemente à parede do cilindro, raspando constantemente a película de material na parede interna.

• Quatro grandes vantagens:

1. Renovação contínua da superfície de transferência de calor: Impede a adesão e a incrustação de materiais, mantendo uma eficiência de transferência de calor extremamente alta.

2. Mistura e cisalhamento uniformes: Garante o aquecimento e resfriamento uniformes de todo o material e proporciona uma força de cisalhamento controlável, o que é crucial para o processo de cristalização (como a cristalização de gordura e a formação de cristais de gelo).

3. Manuseio de viscosidade extremamente alta: A ação mecânica de raspagem e empurrar permite o manuseio de fluidos pastosos, cremosos e até mesmo granulares que os trocadores de calor tradicionais não conseguem processar.

4. Tempo de residência extremamente curto: O material passa pelo trocador de calor em uma película fina, tornando-o altamente adequado para materiais sensíveis ao calor e maximizando a preservação do sabor, da cor e dos nutrientes do produto.

Desenvolvimento e Popularização

• Décadas de 1940 e 1950: Com a aceleração da industrialização de alimentos antes e depois da Segunda Guerra Mundial, os trocadores de calor de superfície raspada foram rapidamente aplicados nas indústrias de laticínios, geleias e molhos. O congelamento contínuo de sorvetes foi outra aplicação marcante.

• Década de 1960 até o presente: Seus campos de aplicação expandiram-se da indústria alimentícia para as indústrias química, farmacêutica, petroquímica e de polímeros plásticos. São utilizados para lidar com fluidos complexos, como polímeros fundidos, parafina, asfalto, cosméticos e produtos farmacêuticos.

• Progresso tecnológico: Os modernos permutadores de calor de superfície raspada apresentaram avanços significativos em materiais (como o uso de revestimentos duros resistentes ao desgaste e à corrosão), tecnologia de vedação, controle de automação (controle preciso de temperatura, pressão e velocidade) e design modular.

Resumo

A origem do trocador de calor raspador remonta precisamente às décadas de 1920 e 1930. Foi inventado para atender às demandas de processos de aquecimento, resfriamento, cristalização e esterilização contínuos de materiais de alta viscosidade e sensíveis ao calor na indústria alimentícia. Sua invenção representou um marco significativo na história dos equipamentos para a indústria de processos, expandindo a simples função de "troca de calor" para uma operação combinada de "troca de calor e processamento mecânico". Até hoje, ele desempenha um papel insubstituível em diversos setores industriais.