O que é troca contracorrente?

A troca contracorrente é um fenômeno altamente eficiente e natural de transferência térmica ou química entre corpos fluidos. Esse processo ocorre através de uma superfície condutora no caso de calor ou de uma membrana parcialmente permeável no caso de troca química. Nas trocas contracorrentes, o fluido doador e receptor sempre flui em direções opostas, uma característica que empresta ao processo sua eficiência e seu nome. A troca contracorrente é encontrada em muitos sistemas biológicos, como rins de mamíferos, pulmões de pássaros e brânquias de peixes e é um sistema de transferência térmica e química industrial comumente usado. Um sistema semelhante é o processo de troca simultânea que é menos eficaz e apresenta transferências entre fluidos que fluem na mesma direção.

A troca de energia térmica ou substâncias suspensas entre fluidos fluidos é um fenômeno comum tanto na natureza quanto na indústria. Essas trocas de fluxo de corrente podem ser divididas em dois grupos: simultâneo e contracorrente. Ambos envolvem troca de calor ou produtos químicos em suspensão entre fluidos que fluem em vasos adjacentes, seja através de superfícies condutoras ou membranas semi-permeáveis, respectivamente. À medida que os fluidos fluem através de suas áreas compartilhadas, o calor e os produtos químicos fluem naturalmente de áreas de alta a baixa concentração até que o equilíbrio seja alcançado. É essa característica da transferência elementar que torna o método de troca em contracorrente o mais eficaz dos dois.

O processo de transferência de oxigênio nas brânquias de um peixe é um bom exemplo dos benefícios da troca em contracorrente. Como o sangue pobre em oxigênio encontra um fluxo oposto de água rica em oxigênio, o oxigênio começa a se difundir para fora da água e para a corrente sanguínea. Isso faz com que a concentração de oxigênio na água caia e no sangue aumente. Devido ao fato de as direções do fluxo serem opostas, o sangue sempre fluirá sobre a água com uma concentração maior de oxigênio e a troca continuará até que os fluxos divergam. Nos fluxos simultâneos, no entanto, os dois fluidos fluem na mesma direção e a relação entre as concentrações atinge rapidamente o equilíbrio, interrompendo efetivamente a troca.

Isso significa que, diferentemente da variante simultânea, os sistemas de troca em contracorrente continuam transferindo o elemento relevante sobre toda a área de troca para obter maior eficiência. Essa eficiência geralmente permite valores de transferência de 100% com o fluxo receptor saindo do sistema com a mesma concentração de calor ou produtos químicos que a do fluxo doador. O mesmo não se pode dizer das trocas simultâneas, no entanto, com valores médios de transferência em execução na região de 50%. Isso torna o método de troca de contracorrente apropriado para processos industriais, como troca de calor regenerativa e métodos de transferência biológica, incluindo funções renais e pulmonares.