Extrusão de filme tubular: o segredo do trocador de calor para resfriar o anel do ar

Todos os processos de transformação de termoplásticos tem uma etapa final de resfriamento. Na injeção e sopro os moldes tem canais por onde circula água gelada. No caso da extrusão plana a água gelada passa pelo interior de calandras que resfriam a superfície da placa plástica. Na produção de tubos e perfis de plástico é comum resfriar os canais do calibrador e em seguida manter a superfície externa do produto em contato com água fria.

Na confecção de filmes plásticos tubulares, objeto de nosso artigo, o plástico é extrudado e forma um balão vertical de secção circular cujas superfícies externa e interna podem ser resfriados com ar frio. O ar frio a uma temperatura controlada a tipicamente 15 a 18ºC é soprado na superfície externa do balão através de uma abertura circular no chamado anel de ar. Nas extrusoras mais modernas o ar contido no interior do balão é continuamente substituído por ar mais frio para acelerar o processo de resfriamento do filme por meio de um tubo chamado IBC (Internal Bubble Cooling).

A forma mais usual de se produzir o fluxo de ar frio requerido é colocar na saída do ventilador de ar da extrusora um trocador de calor aletado (como se fosse um radiador de automóvel). Do lado das aletas passa o ar e no interior dos tubos circula água gelada gerada por uma Unidade de Água Gelada.

O dimensionamento cuidadoso do trocador de calor é de grande importância, pois o resfriamento eficiente do filme proporciona aumentos de até 20% na produção e grande melhora na qualidade do filme (brilho, transparência e estabilidade de espessuras). A Mecalor dimensiona os seus trocadores de calor para assegurar que o ar frio esteja a uma temperatura não mais do que 5ºC acima da temperatura de entrada de água gelada. Isto significa que se desejamos ar resfriado a 15ºC basta produzir a água gelada a 10ºC.

Um outro aspecto muito relevante é o investimento e custo operacional da instalação do sistema de resfriamento de ar do balão. Convém ressaltar que um trocador de calor de menores dimensões e, portanto mais barato, requer que a água gelada seja ajustada para uma temperatura mais baixa. Por exemplo, há modelos comercializados no Brasil, que para manter o ar do anel a 15ºC exigem água gelada a 5ºC. Uma Unidade de Água Gelada, por motivos termodinâmicos, tem sua capacidade reduzida de 20 a 25% quando o setpoint é alterado de 10ºC para 5ºC, além de apresentar um aumento substancial de consumo de energia elétrica por unidade de potência de resfriamento. Somando-se a isto o fato de que a Unidade de Água Gelada tem um preço muito superior ao do trocador de calor fica evidente que é uma decisão sábia gastar um pouco mais em um trocador de calor bem dimensionado e economizar na Unidade de Água Gelada e no custo operacional do sistema.

Outros aspectos que devem ser levados em conta no projeto do trocador de calor são:

» Condições meteorológicas locais – a Mecalor utiliza no dimensionamento por computador a combinação de umidade absoluta e temperatura de bulbo seco do ar que não é excedida por mais do que 0,4% dos dias do ano. A altitude local também deve ser considerada.

» Temperatura de entrada do ar no trocador – o efeito de aquecimento do ar ao passar pelo ventilador e o fato de que o ar do galpão está mais quente que o ambiente externo são considerados no dimensionamento.

» Vazão de ar – quando não fornecido pelo fabricante da extrusora estima- se, com base na experiência, uma vazão de ar folgada para garantir que o ar frio saia a uma temperatura não mais do que 5ºC acima da temperatura de entrada de água gelada.

» Velocidade de face – a velocidade do ar na entrada do trocador aletado deve ser cuidadosamente analisada. Velocidades altas podem causar o transporte de gotículas de água condensada nas aletas para o anel de ar. Velocidades baixas têm o efeito de reduzir a eficiência da troca de calor.

» Entupimento das aletas – o filtro gaveta colocado na entrada do ar no trocador de calor tem dupla função: garantir que particulados não são arremessados contra a superfície quente do balão e proteger as aletas do trocador contra o entupimento. Convém salientar que sem o filtro fibras de papel podem ser retidas na superfície úmida das aletas e produzir uma incrustação de difícil limpeza.

»Materiais – a condensação do vapor de água contido no ar ambiente é inevitável e deve ser purgada de maneira contínua. Os materiais que estão em contato com este ambiente úmido e frio devem ser resistentes à corrosão. Por este motivo as coifas dos trocadores de calor da Mecalor são de aço inoxidável.

Não hesite em contatar o nosso Departamento de Engenharia de Aplicações para esclarecer suas dúvidas ou compartilhar conosco as suas experiências. Tenha sempre a confiança de que as nossas ações são sempre orientadas para oferecer aos clientes a opção que apresente o melhor custobenefício.

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