Fornecedores com licênças comerciais verificadas
Fornecedor Auditado Um trocador de placas consiste em uma série de placas paralelas que são colocadas uma acima da outra de modo a permitir a formação de uma série de canais para que os fluidos fluam entre eles.
O espaço entre duas placas adjacentes forma o canal no qual o fluido flui.
Os orifícios de entrada e saída nos cantos das placas permitem a passagem de fluidos quentes e frios através de canais alternados no permutador, de modo a que uma placa fique sempre em contacto, de um lado, com o fluido quente e o outro com o frio.
O tamanho de uma placa pode variar de alguns centímetros quadrados (100 mm x 300 mm de lado) até 2 ou 3 metros quadrados (1000 mm x 2500 mm de lado). O número de placas num único permutador varia entre apenas dez e várias centenas, alcançando assim áreas de troca de superfície até milhares de metros quadrados.
Como os permutadores de calor da placa são utilizados para aplicações de grande amplitude, devem ser concebidos para suportar as condições de processo em que funcionam, o que pode incluir ambientes corrosivos e erosivos. É possível construir permutadores de calor de placas de vários materiais, incluindo metais, ligas e plásticos. Diferentes materiais tornam o permutador de calor da placa mais adequado para diferentes aplicações. Por exemplo, se um determinado meio de escoamento reagir agressivamente ao entrar em contacto com determinados metais, podem ser utilizados materiais à base de polímeros, como por exemplo.
Existem inúmeras vantagens associadas aos permutadores de calor da placa:
Mas também existem algumas desvantagens associadas aos permutadores de calor de placas:
A figura mostra o fluxo de fluidos no interior do permutador. Os fluidos são divididos em vários fluxos paralelos e podem produzir uma contracorrente perfeita.
Geralmente, essas placas são onduladas para aumentar a turbulência, a superfície de troca térmica e para fornecer rigidez mecânica ao trocador. A ondulação é obtida por forja a frio de chapa metálica com espessuras de 0,3mm a 1 mm.
Os materiais mais utilizados para as placas são o aço inoxidável (AISI 304, 316), o titânio e o alumínio.
A ondulação nas placas força o fluido num percurso tortuoso, colocando um espaço entre duas placas adjacentes b, de 1 a 5 milímetros.
Os fluidos podem atravessar os canais em série (uma solução menos comum) ou em paralelo fazendo configurações de contra-corrente ou atuais.
A configuração em série é utilizada quando existe uma pequena taxa de fluxo para cada fluido, mas um salto de calor elevado; o maior problema é com uma queda de pressão elevada e uma contra-corrente imperfeita.
A configuração paralela com canais de contracorrente é usada para altas taxas de fluxo com quedas de temperatura moderadas e é a mais usada.
Quando existe uma grande diferença entre as taxas de fluxo (ou entre a queda de pressão máxima permitida) dos dois fluidos, o permutador pode funcionar duas vezes pelo fluido com um fluxo inferior (ou perdas superiores) para equilibrar os valores de quedas de pressão ou taxas de fluxo específicas nos canais.
A figura mostra as diferentes configurações: Em paralelo, em série e mistas
Um dos problemas mais comuns para trocadores de calor de placa é um suprimento irregular de todos os canais em paralelo. De facto, o fluido tende a distribuir em maiores quantidades nos primeiros canais, em vez dos últimos, de modo a equilibrar a queda de pressão.
À medida que o número de placas aumenta, a distribuição uniforme diminui, resultando numa diminuição do desempenho geral do permutador.
Existem dois tipos básicos de trocadores de calor de placas: Trocadores de calor de placas brasadas BPHE e calor de placas PHE
Permutadores.
No PHE , as placas criam uma estrutura onde as placas são pressionadas com plataformas e barras de ligação, e a vedação é garantida por juntas. As juntas, além do seu efeito de vedação, servem para direcionar o fluxo dos fluidos e são colocadas ao longo das ranhuras nas extremidades das placas.
As temperaturas máximas utilizadas para vedar permutadores de calor estão entre 80 ° C e 200 ° C, enquanto as pressões podem atingir 25 bar.
As juntas estão disponíveis em vários tipos de borracha de butilo ou silicone.
Permutadores de calor de placas soldadas
Os permutadores de calor de placas soldadas não têm colhedores, barras de ligação ou juntas de vedação, uma vez que as placas são soldadas no forno a temperaturas de 1100 ° C.
Durante a fase de montagem, uma folha de material de brasagem (geralmente cobre, mas também níquel) é colocada entre as placas, a embalagem é prensada e depois assada durante algumas horas.
O permutador BPHE é mais compacto, mais leve e menos volumoso do que um com juntas.
A imagem mostra o percurso feito pelo fluido quente e frio.
O material de brasagem desempenha a função tanto das juntas como da estrutura.
Estes permutadores são geralmente utilizados com placas onduladas em V, que são montadas alternando as direções das ondulações para criar um contacto de rede.
Os pontos de passagem entre as ondulações de duas placas acopladas formam uma rede densa de pontos de contacto que conferem uma estanqueidade à pressão e induzem fluxos de turbulência que melhoram a troca de calor.
Desta forma, a turbulência dos fluidos é elevada mesmo a velocidades de entrada nominais baixas e o fluxo passa de laminar para turbulento para taxas de fluxo baixas.
A figura mostra uma secção transversal de um permutador com 8 placas no total (6 das quais são úteis para a troca de calor), na qual são vistos os 3 canais utilizados para a passagem do fluido refrigerante (em azul claro) e os 4 para a água (em vermelho).
É imediatamente perceptível que o caminho feito pelos fluidos é caótico, na verdade, a seção transversal varia continuamente.
A principal desvantagem destes permutadores é que não são amovíveis e, por isso, a manutenção e a limpeza não são possíveis ou pelo menos difíceis, não existindo flexibilidade, uma vez que o número de placas não pode de modo algum ser variado.
A superfície das placas é ondulada para aumentar a turbulência do fluido durante o fluxo para os canais.
A figura destaca os principais parâmetros geométricos da ondulação:
Inclinação da ondulação p; altura da ondulação b e ângulo de V β em relação à direção principal do fluxo.
A inclinação das ondulações da placa tem um efeito determinante na troca térmica e nas perdas de carga. Na verdade, um par de placas com um ângulo de β alta (> 45 °) proporciona uma turbulência e, por conseguinte, uma elevada troca térmica com uma queda de pressão mais elevada.
Um ângulo menor ( β < 45 °) causa um fluxo de turbulência mais baixo e menores coeficientes de troca térmica, mas também quedas de pressão mais baixas.
A busca de um ângulo de β comprometedora entre os altos coeficientes de troca e as perdas de carga aceitáveis é, portanto, essencial.
A altura da ondulação b tem um efeito importante nos coeficientes de troca porque uma maior profundidade causa maior turbulência.
Estas duas imagens abaixo mostram um estudo de caso onda do fluxo dentro do canal de um trocador de calor de placa de brasagem, você pode ver o fluxo indo dentro e fora do canal dentro e fora do BPHE
A área real é difícil de calcular, portanto, para comparar diferentes trocadores, é feita referência à área projetada.
Deve-se ter em mente que trocadores de calor com a mesma área projetada (ou seja, placas do mesmo tamanho) podem ter áreas efetivas diferentes dependendo do valor do fator de ampliação da superfície φ.
A relação entre o comprimento da placa L e a largura da placa W também afeta o desempenho, mas em menor grau do que outras variáveis. Em geral, uma relação alta entre o comprimento e a largura da placa proporciona taxas de câmbio elevadas, mas perdas de carga mais elevadas.
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As principais características destes tipos de permutadores de calor são:
- desmontagem rápida e fácil para operações de limpeza e controlo
- adaptação às condições de funcionamento variáveis, adicionando ou removendo placas de aquecimento para modificar o fluxo térmico instalado
- quaisquer fugas de fluido devido à vedação não perfeita da as juntas não contaminam o outro fluido, mas são direcionadas afastado
- podem ser utilizados materiais mal adaptados à soldadura, como o titânio
- as juntas limitam os valores máximos de pressão e temperatura
- custos potencialmente elevados devido ao projeto de moldes, prensas e todo o processo de produção
- elevado custo das juntas
Existem várias formas de variar a capacidade de refrigeração de um permutador de calor de placa:
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