Funcionamento e Desempenho dos Trocadores de Calor de Placas

Os trocadores de placas são constituídos por um pacote de finas placas metálicas que formam canais de escoamento entre cada par de placas Os fluidos quente e frio escoam alternadamente por esses canais Para que não haja contaminação entre os fluidos é fundamental a vedação dos canais As placas são em geral corrugadas para melhorar a sua resistência mecânica o enrugamento confere maior rigidez assim como melhorar a eficiência de troca térmica intensificação da turbulência Há vários formatos de ranhuras sendo as mais usuais a espinha de peixe com ranhuras inclinadas e a tábua de lavar em que as ranhuras são paralelas e horizontais O trocador de calor de placas permite uma grande variedade de arranjos de escoamento Trocadores de calor de Placas Nessa figura ϕ é o ângulo da corrugação tipo espinha de peixe ep é a espessura da placa m e ec é a espessura do canal m Na prática o valor de ec deve ser obtido após a prensagem do pacote de placas entre os pedestais do trocador Do comprimento medido do pacote de placas subtraise nPl 2eP e dividese o resultado por nPl 1 para ter o valor real de ec O desempenho térmico e hidráulico de um trocador a placas é fortemente influenciado pelo desenho da corrugação e pelo ângulo de inclinação das ranhuras Um ângulo ϕ alto reduz a perda de carga e o coeficiente convectivo pois o fluxo segue quase paralelo às ranhuras Um valor pequeno de ϕ deixa as ranhuras quase perpendiculares ao fluxo no canal elevando a turbulência e consequentemente a perda de carga e o coeficiente convectivo O valor do coeficiente convectivo no canal de um trocador a placas com padrão espinha de peixe pode ser determinado por meio da Equação O valor dos parâmetros b1 e b2 depende do ângulo das ranhuras ϕ e são tabelados O diâmetro hidráulico é A velocidade média de escoamento no canal em um dos lados do trocador pode ser calculada como onde é a vazão volumétrica de alimentação m3 s1 nc é o número de canais e np é o número de passes A razão ncnp representa o número de canais por passe As ecwg Coeficiente de convecção Tabela Parâmetros de troca térmica para um trocador de calor de placas com padrão espinha de peixe Exercício Uma solução de sacarose 60 ºBrix deve ser resfriada a uma temperatura de pelo menos 10 ºC em um trocador de calor a placas usando água gelada As temperaturas de alimentação são Tqe 35 ºC solução de sacarose e Tfe 10 ºC água Ambas as vazões são 130 kg s1 O trocador que será utilizado tem 35 placas térmicas 36 canais de escoamento com arranjo de passes 2 92 9 e entradas em lados opostos do pacote de placas na posição inferior de modo que o escoamento é contracorrente na maioria das placas As principais dimensões e características da placa são LP 740 cm wg 236 cm eP 07 mm ec 27 mm ϕ 45º fAP 117 e kM 17 W K1 m1 As propriedades físicas médias da solução de sacarose 60 ºBrix são r 1286 kg m3 CP 2803 J kg1 K1 m 515 mPa s e k 0407 W K1 m1 As propriedades físicas médias da água são r 1000 kg m3 CP 4206 J kg1 K1 m 133 mPa s e k 0584 W K1 m1 Gut e Pinto 2003 Determine a o coeficiente global de troca térmica b A área total R a U 115436 Wm2K b A 715 m2