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Utilidades industriais
Equipamentos
Permutadores de Placas
3e4e9d
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3e4e9d
2025-03-13 10:59:37
Leonardo Sobral
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Utilidades industriais/Equipamentos/Permutadores de Placas.md
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@@ 1,194 1,194 @@
-
> ***Permutador*** ***de*** ***calor*** ***de*** ***placas***
-
> *Guilherme* *Pereira,* *António*
-
> *Murta*<img src="./puuuzrhw.png"
-
> style="width:1.32418in;height:0.60625in" /><img src="./cievhrj3.png"
-
> style="width:3.34125in;height:2.49653in" />
-
-
*Integração* *e* *Intensificação* *de* *Processos* *27* *de* *fevereiro*
-
*de* *2024*
-
-
> **Tarefa** **1** **–** **Permutadores** **de** **calor** **de**
-
> **placas**
-
>
-
> **<u>Introdução:</u>**
-
>
-
> Os permutadores são aparelhos industriais utilizados para transferir
-
> calor entre dois fluidos diferentesa temperaturasdistintas. A
-
> maioriadestesdispositivosé montado em processos de fabrico, de maneira
-
> a aquecer ou arrefecer os fluidos que circulam nas suas correntes.
-
>
-
> Existem diversostipos de permutadores, sendo que os mais consensuais
-
> são os de double pipe, carcaça e tubos e os de placas. A diferença
-
> entre eles prevalece na sua forma e funcionamento, enquanto que os
-
> permutadores de calor double pipe são compostos por dois tubos
-
> concêntricosem que um dos fluidos se faz escoar pelo tubo interno e o
-
> outro se escoa pelo tubo que o rodeia, os de carcaça e tubos são
-
> compostos por uma carcaça que envolve inúmeros tubos, onde um dos
-
> fluidos se faz escoar pelo interior dos tubos e o outro entre os tubos
-
> e a carcaça.
-
>
-
> Os permutadores de placas (PHE, plate heat exchanger) são equipamentos
-
> que, como o nome indica, são constituídospor placas enrugadas onde os
-
> diferentesfluidoscirculam e é nestas onde ocorre a transferênciade
-
> calor. A transferênciade calor é possível porque o material de que as
-
> placas são feitas tem uma elevada condutividadetérmica. Habitualmente,
-
> são constituídos por placas de aço inoxidável, titânio ou outro tipo
-
> de metais que sejam resistentes à corrosão.
1
-
>
-
> **Figura** **1-** Esquema representativo do funcionamento de
-
> permutadores de calor de placas.
2
-
>
-
> De acordo com o que está retratado na Figura 1, é possível perceber
-
> que as placas onde circulam os dois fluidos, quente e frio, estão
-
> alternadas, potenciando a transferência de calor.
-
>
-
> Há vários tipos de permutadores de calor de placas, entre eles:
3
-
> o PHE com junta;
-
>
-
> o PHE com pratos semi-soldados;
-
>
-
> o PHE com pratos totalmente soldados o PHE com pratos de grafite.
-
>
-
> 1
-
>
-
> ***Permutador*** ***de*** ***calor*** ***de*** ***placas***
-
> *Guilherme* *Pereira,* *António*
-
> *Murta*<img src="./0agirgzl.png"
-
> style="width:1.32418in;height:0.60625in" />
-
-
*Integração* *e* *Intensificação* *de* *Processos* *27* *de* *fevereiro*
-
*de* *2024*
-
-
> **<u>Vantagens e Desvantagens:</u>**
-
>
-
> Os PHE devido à sua elevada eficiência térmica apresentam várias
-
> vantagens relativamenteaosoutros tipos de permutadoresde calor, no
-
> entanto tambémapresentam algumas desvantagens, nomeadamente no que
-
> toca ao uso intensivo nas juntas de vedação.
-
>
-
> <u>Vantagens:</u>
-
>
-
> • A sua maior vantagemé a forma como podem ser montados, desmontadose
-
> armazenados facilmente, uma vez que são placas e tubos que se
-
> compactam. Isto permite uma limpeza e manutenção rápida e eficaz.
-
>
-
> • Para coeficientes de transferência de calor elevados, este tipo de
-
> permutadores tem um tamanho reduzido quando comparado com outros. Para
-
> além disso, é menos pesado e volumoso que um permutador de carcaça e
-
> tubos, o que permite um custo de transporte mais acessível e barato.
-
>
-
> • O coeficiente de transferência entre as placas é tão elevado que
-
> permite obter diferenças de temperaturamínimas(até 1ºC) entre os
-
> fluidos em estudo. Para ajudar a este facto, os fluidos são colocados
-
> em contracorrente o que resulta numa recuperação de mais de 90% do
-
> calor disponível.
3
-
>
-
> • Não existe a possibilidade de contaminação de fluidos, uma vez que
-
> cada fluido está confinado a canais entre placas seladas.
-
>
-
> • Outra grande mais valia é o facto de se poder combinar facilmente
-
> diversos tipos de placas e diferentesfluidos, de forma a otimizar as
-
> condições de operação do processo e tamanho da planta fabril.
-
>
-
> <u>Desvantagens:</u>
-
>
-
> • Este tipo de permutador de calor não pode operar a pressões
-
> superiores a 1,5MPa, visto que provoca fugas nos vedantes.
4
-
>
-
> • Para temperaturas acima dos 150ºC no fluido não se pode utilizar os
-
> vedantes tradicionais, pois estes corroem e perdem a sua função
-
> elástica de vedante.
-
>
-
> • É possível que a demasiada fricção entre placas crie fugas e se
-
> perca fluido, apesar de não acontecer por norma.
-
>
-
> • A grande desvantagem dos permutadores de calor de placas implica o
-
> dimensionamento destes equipamentos, uma vez que para os restantes
-
> existem na literatura modelos genéricos de fácil compreensão, para
-
> estes equipamentos cada fabricante tem os seus modelos específicos,
-
> dificultando assim, o projeto da máquina e, por consequência do
-
> processo.
-
>
-
> **<u>Aplicações:</u>**
-
>
-
> • Indústria alimentar – Pasteurização, esterilização e aquecimento
-
> geral de alimentos • Marinha – Arrefecimento de motores e/ou sistemas
-
> hidráulicos
-
>
-
> • Sistemas de Energia Renovável – Aquecimento geotérmico e sistemas
-
> térmicos solares • Indústria farmacêutica
-
>
-
> • Sistemas AVAC – aquecimento e ar condicionado
-
>
-
> 2
-
>
-
> ***Permutador*** ***de*** ***calor*** ***de*** ***placas***
-
> *Guilherme* *Pereira,* *António*
-
> *Murta*<img src="./2cds4fvj.png"
-
> style="width:1.32418in;height:0.60625in" />
-
-
*Integração* *e* *Intensificação* *de* *Processos* *27* *de* *fevereiro*
-
*de* *2024*
-
-
> **<u>Conceitos térmicos:</u>**
-
>
-
> A par dos outros tipos de permutadores de calor a transferência de
-
> calor dá-se da mesma maneira, ou seja, por convecção onde a energia é
-
> transferida do fluido mais quente para o mais frio.
-
>
-
> Para estimar a energia transferida é utilizado o balanço energético
-
> global ao permutador, dado por:
-
>
-
> 𝑄 = 𝑈𝐴(∆𝑇)𝑚𝑙 (1)
-
>
-
> onde U é o coeficiente global de transferência de calor, Aé a área de
-
> transferência de calor e (∆𝑇)𝑚𝑙 a média logarítmica da diferença de
-
> temperaturas.
-
>
-
> Outra equação importante é a que nos permite calcular a quantidade de
-
> calor transferida entre os dois fluidos, que é dada por:
-
>
-
> 𝑄 = 𝑚𝑐𝑝∆𝑇 (2)
-
>
-
> onde 𝑚 é o caudal mássico, 𝑐𝑝 o calor específico e ∆𝑇 a variação da
-
> temperatura do fluido.
-
>
-
> Por fim para determinaro coeficienteglobalde transferênciade calor é
-
> utilizada equação dada por:
-
>
-
> 1 1 𝑟 ln(𝑟𝑖) 𝑟
-
>
-
> 𝑈 ℎ0 𝑘 𝑟×ℎ𝑖
-
-
3
-
-
> onde ℎ0 e ℎ𝑖 são os coeficientes de transferência de calor por
-
> convecção dos dois fluidos, 𝑟 e 𝑟 são os raios que definem a espessura
-
> da placa e 𝑘 é a condutividade térmica.
5
-
>
-
> **<u>Referências Bibliográficas:</u>**
-
-
1
– Meirinho Guerreiro, Paulo., *Avaliação* *do* *desempenho* *de*
-
*permutadores* *de* *calor* *de* *placas* *nos* *laboratóriosda*
-
*ARSOPI-THERMAL.* *Dissertação* *de* *Mestrado,*Universidadedo Porto,
-
2017
-
-
>
2
– Vapor para La Industria., *Permutadores* *de* *calor* *de*
-
> *placas:* *Quais* *são* *os* *seus* *tipos* *e* *funcionalidades?*
-
>
o
n
l
i
n
e
-
>
-
> Disponível
-
> em[:<u>https://vaporparalaindustria.com/pt/intercambiadores-de-calor-de-placas-cuales-son-sus-tipos-y-funcionalidades/</u>](https://vaporparalaindustria.com/pt/intercambiadores-de-calor-de-placas-cuales-son-sus-tipos-y-funcionalidades/)
-
> (consultado em 27/02/2024)
-
>
-
>
3
– Wang, L., B. Sundén, and R.M Manglik, *Plate* *Heat*
-
> *Exchangers:* *Design,* *Applications* *and* *performance*. WIT Press,
-
> 2007.
-
>
-
>
4
– Hesselgreaves, J.E., *Compact* *Heat* *Exchangers* *–*
-
> *Selection,* *Design* *and* *Operation*. Pergamon, 2001.
-
>
-
>
5
– Apontamentos de Fenómenos de Transferência II, docente Maria
-
> Graça Carvalho, 2020/2021.
-
>
-
> 3
+
> ***Permutador*** ***de*** ***calor*** ***de*** ***placas***
+
> *Guilherme* *Pereira,* *António*
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> *Murta*<img src=[puuuzrhw.png]
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> style="width:1.32418in;height:0.60625in" /><img src="./cievhrj3.png"
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> style="width:3.34125in;height:2.49653in" />
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*Integração* *e* *Intensificação* *de* *Processos* *27* *de* *fevereiro*
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*de* *2024*
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> **Tarefa** **1** **–** **Permutadores** **de** **calor** **de**
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> **placas**
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> **<u>Introdução:</u>**
+
>
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> Os permutadores são aparelhos industriais utilizados para transferir
+
> calor entre dois fluidos diferentesa temperaturasdistintas. A
+
> maioriadestesdispositivosé montado em processos de fabrico, de maneira
+
> a aquecer ou arrefecer os fluidos que circulam nas suas correntes.
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>
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> Existem diversostipos de permutadores, sendo que os mais consensuais
+
> são os de double pipe, carcaça e tubos e os de placas. A diferença
+
> entre eles prevalece na sua forma e funcionamento, enquanto que os
+
> permutadores de calor double pipe são compostos por dois tubos
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> concêntricosem que um dos fluidos se faz escoar pelo tubo interno e o
+
> outro se escoa pelo tubo que o rodeia, os de carcaça e tubos são
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> compostos por uma carcaça que envolve inúmeros tubos, onde um dos
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> fluidos se faz escoar pelo interior dos tubos e o outro entre os tubos
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> e a carcaça.
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> Os permutadores de placas (PHE, plate heat exchanger) são equipamentos
+
> que, como o nome indica, são constituídospor placas enrugadas onde os
+
> diferentesfluidoscirculam e é nestas onde ocorre a transferênciade
+
> calor. A transferênciade calor é possível porque o material de que as
+
> placas são feitas tem uma elevada condutividadetérmica. Habitualmente,
+
> são constituídos por placas de aço inoxidável, titânio ou outro tipo
+
> de metais que sejam resistentes à corrosão.
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> **Figura** **1-** Esquema representativo do funcionamento de
+
> permutadores de calor de placas.
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>
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> De acordo com o que está retratado na Figura 1, é possível perceber
+
> que as placas onde circulam os dois fluidos, quente e frio, estão
+
> alternadas, potenciando a transferência de calor.
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>
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> Há vários tipos de permutadores de calor de placas, entre eles:
3
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> o PHE com junta;
+
>
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> o PHE com pratos semi-soldados;
+
>
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> o PHE com pratos totalmente soldados o PHE com pratos de grafite.
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> 1
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> ***Permutador*** ***de*** ***calor*** ***de*** ***placas***
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> *Guilherme* *Pereira,* *António*
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> *Murta*<img src="./0agirgzl.png"
+
> style="width:1.32418in;height:0.60625in" />
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*Integração* *e* *Intensificação* *de* *Processos* *27* *de* *fevereiro*
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*de* *2024*
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> **<u>Vantagens e Desvantagens:</u>**
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> Os PHE devido à sua elevada eficiência térmica apresentam várias
+
> vantagens relativamenteaosoutros tipos de permutadoresde calor, no
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> entanto tambémapresentam algumas desvantagens, nomeadamente no que
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> toca ao uso intensivo nas juntas de vedação.
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>
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> <u>Vantagens:</u>
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> • A sua maior vantagemé a forma como podem ser montados, desmontadose
+
> armazenados facilmente, uma vez que são placas e tubos que se
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> compactam. Isto permite uma limpeza e manutenção rápida e eficaz.
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>
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> • Para coeficientes de transferência de calor elevados, este tipo de
+
> permutadores tem um tamanho reduzido quando comparado com outros. Para
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> além disso, é menos pesado e volumoso que um permutador de carcaça e
+
> tubos, o que permite um custo de transporte mais acessível e barato.
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> • O coeficiente de transferência entre as placas é tão elevado que
+
> permite obter diferenças de temperaturamínimas(até 1ºC) entre os
+
> fluidos em estudo. Para ajudar a este facto, os fluidos são colocados
+
> em contracorrente o que resulta numa recuperação de mais de 90% do
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> calor disponível.
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> • Não existe a possibilidade de contaminação de fluidos, uma vez que
+
> cada fluido está confinado a canais entre placas seladas.
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> • Outra grande mais valia é o facto de se poder combinar facilmente
+
> diversos tipos de placas e diferentesfluidos, de forma a otimizar as
+
> condições de operação do processo e tamanho da planta fabril.
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> <u>Desvantagens:</u>
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> • Este tipo de permutador de calor não pode operar a pressões
+
> superiores a 1,5MPa, visto que provoca fugas nos vedantes.
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> • Para temperaturas acima dos 150ºC no fluido não se pode utilizar os
+
> vedantes tradicionais, pois estes corroem e perdem a sua função
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> elástica de vedante.
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> • É possível que a demasiada fricção entre placas crie fugas e se
+
> perca fluido, apesar de não acontecer por norma.
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> • A grande desvantagem dos permutadores de calor de placas implica o
+
> dimensionamento destes equipamentos, uma vez que para os restantes
+
> existem na literatura modelos genéricos de fácil compreensão, para
+
> estes equipamentos cada fabricante tem os seus modelos específicos,
+
> dificultando assim, o projeto da máquina e, por consequência do
+
> processo.
+
>
+
> **<u>Aplicações:</u>**
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>
+
> • Indústria alimentar – Pasteurização, esterilização e aquecimento
+
> geral de alimentos • Marinha – Arrefecimento de motores e/ou sistemas
+
> hidráulicos
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> • Sistemas de Energia Renovável – Aquecimento geotérmico e sistemas
+
> térmicos solares • Indústria farmacêutica
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> • Sistemas AVAC – aquecimento e ar condicionado
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> 2
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> ***Permutador*** ***de*** ***calor*** ***de*** ***placas***
+
> *Guilherme* *Pereira,* *António*
+
> *Murta*<img src="./2cds4fvj.png"
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> style="width:1.32418in;height:0.60625in" />
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*Integração* *e* *Intensificação* *de* *Processos* *27* *de* *fevereiro*
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*de* *2024*
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> **<u>Conceitos térmicos:</u>**
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> A par dos outros tipos de permutadores de calor a transferência de
+
> calor dá-se da mesma maneira, ou seja, por convecção onde a energia é
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> transferida do fluido mais quente para o mais frio.
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> Para estimar a energia transferida é utilizado o balanço energético
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> global ao permutador, dado por:
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> 𝑄 = 𝑈𝐴(∆𝑇)𝑚𝑙 (1)
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> onde U é o coeficiente global de transferência de calor, Aé a área de
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> transferência de calor e (∆𝑇)𝑚𝑙 a média logarítmica da diferença de
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> temperaturas.
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> Outra equação importante é a que nos permite calcular a quantidade de
+
> calor transferida entre os dois fluidos, que é dada por:
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> 𝑄 = 𝑚𝑐𝑝∆𝑇 (2)
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> onde 𝑚 é o caudal mássico, 𝑐𝑝 o calor específico e ∆𝑇 a variação da
+
> temperatura do fluido.
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> Por fim para determinaro coeficienteglobalde transferênciade calor é
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> utilizada equação dada por:
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> 1 1 𝑟 ln(𝑟𝑖) 𝑟
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> 𝑈 ℎ0 𝑘 𝑟×ℎ𝑖
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> onde ℎ0 e ℎ𝑖 são os coeficientes de transferência de calor por
+
> convecção dos dois fluidos, 𝑟 e 𝑟 são os raios que definem a espessura
+
> da placa e 𝑘 é a condutividade térmica.
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> **<u>Referências Bibliográficas:</u>**
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1
– Meirinho Guerreiro, Paulo., *Avaliação* *do* *desempenho* *de*
+
*permutadores* *de* *calor* *de* *placas* *nos* *laboratóriosda*
+
*ARSOPI-THERMAL.* *Dissertação* *de* *Mestrado,*Universidadedo Porto,
+
2017
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2
– Vapor para La Industria., *Permutadores* *de* *calor* *de*
+
> *placas:* *Quais* *são* *os* *seus* *tipos* *e* *funcionalidades?*
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> Disponível
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> em[:<u>https://vaporparalaindustria.com/pt/intercambiadores-de-calor-de-placas-cuales-son-sus-tipos-y-funcionalidades/</u>](https://vaporparalaindustria.com/pt/intercambiadores-de-calor-de-placas-cuales-son-sus-tipos-y-funcionalidades/)
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> (consultado em 27/02/2024)
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3
– Wang, L., B. Sundén, and R.M Manglik, *Plate* *Heat*
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> *Exchangers:* *Design,* *Applications* *and* *performance*. WIT Press,
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> 2007.
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– Hesselgreaves, J.E., *Compact* *Heat* *Exchangers* *–*
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> *Selection,* *Design* *and* *Operation*. Pergamon, 2001.
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– Apontamentos de Fenómenos de Transferência II, docente Maria
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> Graça Carvalho, 2020/2021.
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