Fluidos de transferência de calor: definição, tipos e aplicações [Guia]

A transferência de calor é parte fundamental dos sistemas térmicos industriais. No entanto, para que esse processo funcione sem falhas, um componente específico é necessário: os fluidos de transferência de calor.

Entretanto, esses fluidos não são apenas um meio de transporte térmico; eles são cuidadosamente escolhidos e aplicados devido às suas capacidades específicas de absorver, transportar e dispensar energia térmica. 

Neste guia completo, vamos explicar o que é um fluido térmico, detalhar as suas variedades mais comuns e apresentar as aplicações possíveis. Vamos conferir também quais as três formas de transferência de calor e como elas funcionam. 

Por fim, vamos ainda revelar critérios para não errar na escolha de fluídos térmicos. Acompanhe a leitura! 

O que são fluidos de transferência de calor?

Os fluidos de transferência de calor são substâncias, líquidas ou gasosas, que circulam em um sistema para transportar energia térmica de um ponto para outro. 

Na prática, essas substâncias possuem propriedades otimizadas para absorver calor rapidamente em uma localização, e transportá-lo eficientemente através de um sistema. Ao fim, o calor é liberado onde é necessário. 

Geralmente, os fluidos são escolhidos por suas propriedades específicas — como alta capacidade de absorção e liberação de calor, eficiência no transporte térmico, baixa viscosidade e condutividade térmica aprimorada. 

Quais são as aplicações práticas?

Os fluidos térmicos são essenciais para o funcionamento de diversos processos industriais e de tecnologia. Entre os principais, podemos citar:

• Sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC);
• Processamento químico;
• Usinas de energia;
• Indústria petroquímica e refinarias;
• Fabricação de plásticos e polímeros;
• Indústria farmacêutica;
• Indústria alimentícia e de bebidas, principalmente em processos de pasteurização, esterilização, cozimento e refrigeração;
• Equipamentos como trocadores de calor, condensadores e evaporadores;
• Processos na indústria têxtil, incluindo tingimento e secagem que exigem controle de temperatura rigoroso;
• Aquecimento de fornos e cilindros de secagem.

Principais tipos de fluidos térmicos utilizados em transferência de calor

No cenário industrial brasileiro, existem quatro tipos mais populares de fluidos térmicos utilizados para a transferência de calor. São eles:

• Óleo térmico (de origem sintética ou mineral);

• Água superaquecida ou quente;

• Vapor superaquecido ou saturado;

• Ar quente.

Dentre esses tipos, o óleo térmico é o mais usado, especialmente por sua capacidade de operar em altas temperaturas sem exigir altas pressões. Também é resistente à corrosão. 

Dependendo da formulação, funciona em uma faixa de temperatura que vai de -100°C a 400°C. Entretanto, variam em viscosidade e densidade com a temperatura, além de serem inflamáveis.

A água quente não é tóxica nem inflamável e possui boa transferência de calor, embora exija tratamento e alta pressão de vapor.

O vapor, seguro e com ótima estabilidade térmica, enfrenta desafios com corrosão, alta pressão e perdas térmicas. 

Já o ar, econômico e de fácil regulação, sofre com a baixa eficiência térmica e a necessidade de espaço para expansão.

Quais as três formas de transferência de calor e como elas funcionam?

A transferência de calor é um fenômeno fundamental no estudo da termodinâmica, e ocorre de três maneiras: convecção térmica, condução térmica e radiação térmica. 

Cada mecanismo possui características e princípios próprios — que são essenciais para entender as interações térmicas em diversos contextos científicos, industriais e de engenharia.

1. Convecção térmica

A convecção térmica é o processo de transferência de calor que ocorre principalmente em fluidos (líquidos ou gases) por meio do movimento macroscópico do próprio fluido. 

Este movimento é gerado por diferenças de densidade dentro do fluido, que são causadas por variações de temperatura. 

Quando uma região do fluido é aquecida, ela se torna menos densa e sobe, enquanto o fluido mais frio, que é mais denso, desce, criando um ciclo de transferência de calor. 

2. Condução térmica

A condução térmica, por sua vez, realiza a transferência de calor através de um material, em um movimento molecular da substância. 

Este processo, invisível a olho nu, é baseado na interação microscópica entre partículas adjacentes dentro do material. 

Quando uma extremidade do material é aquecida, as partículas dessa área ganham energia e começam a vibrar intensamente. 

Essas vibrações são transferidas para partículas vizinhas, o que leva o calor a se deslocar do ponto mais quente para o mais frio. 

Vale ressaltar que a eficiência da condução térmica depende da condutividade térmica do material e é uma forma predominante de transferência de calor em sólidos.

3. Radiação térmica

Por fim, a radiação térmica é a transferência de calor que se dá através de ondas eletromagnéticas, como a luz infravermelha. 

Diferente da convecção e da condução, esse processo não necessita de um meio material para ocorrer, podendo ser transmitido no vácuo. 

De forma geral, todos os objetos emitem radiação térmica em função de sua temperatura. A quantidade de energia radiada e a velocidade com que a transferência de calor ocorre por radiação são determinadas pela emissividade da superfície do material, bem como pela sua temperatura. 

Critérios para avaliar na escolha de fluídos térmicos 

Apesar de todas as informações apresentadas até agora, ainda existe uma pergunta em aberto: afinal, como escolher os fluidos térmicos ideais? 

Essa escolha é importante para garantir a eficiência e segurança do sistema de transferência de calor. 

De forma geral, o primeiro passo para encontrar a resposta para essa questão é compreender muito bem as necessidades específicas dos processos industriais da sua companhia. 

A partir daí, considere os critérios mais importantes nessa escolha, sendo eles:

• Faixa de temperatura operacional;
• Propriedades térmicas;
• Compatibilidade química;
• Estabilidade térmica;
• Segurança e Toxicidade;
• Pressão de vapor;
• Custo e disponibilidade;
• Impacto ambiental;
• Manutenção e vida útil.

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Conclusão

Neste guia, exploramos os diferentes tipos de fluidos de transferência de calor, suas propriedades e aplicações. 

Abordamos também as três formas fundamentais de transferência de calor: convecção, condução e radiação. 

Por fim, ainda detalhamos os critérios a serem considerados ao selecionar um fluido térmico para garantir sua eficiência, segurança e compatibilidade com o sistema em uso.

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