***Permutador de calor de placas** Integração e Intensificação de Processos  Guilherme Pereira, António Murta 27 de fevereiro de 2024* **Tarefa 1 – Permutadores de calor de placas** **Introdução:** Os permutadores são aparelhos industriais utilizados para transferir calor entre dois fluidos diferentes a temperaturas distintas. A maioria destes dispositivos é montado em processos de fabrico, de maneira a aquecer ou arrefecer os fluidos que circulam nas suas correntes. Existem diversos tipos 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 concêntricos em 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 constituídos por placas enrugadas onde os diferentes fluidos circulam e é nestas onde ocorre a transferência de calor. A transferência de calor é possível porque o material de que as placas são feitas tem uma elevada condutividade térmica. 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] - PHE com junta; - PHE com pratos semi-soldados; - PHE com pratos totalmente soldados - PHE com pratos de grafite. **Vantagens e Desvantagens:** Os PHE devido à sua elevada eficiência térmica apresentam várias vantagens relativamente aos outros tipos de permutadores de calor, no entanto também apresentam algumas desvantagens, nomeadamente no que toca ao uso intensivo nas juntas de vedação. Vantagens: - A sua maior vantagem é a forma como podem ser montados, desmontados e 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 temperatura mínimas (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 diferentes fluidos, de forma a otimizar as condições de operação do processo e tamanho da planta fabril. Desvantagens: - 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. **Aplicações:** - 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 **Conceitos térmicos:** 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: - (∆ ) (1) onde U é o coeficiente global de transferência de calor, A é a área de transferência de calor e (∆ ) 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: - ∆ (2) onde é o caudal mássico, o calor específico e ∆ a variação da temperatura do fluido. Por fim para determinar o coeficiente global de transferência de calor é utilizada equação dada por: 1 = 1 + 0 ln( 0) + 0 (3)  ℎ0 ×ℎ onde ℎ0 e ℎ são os coeficientes de transferência de calor por convecção dos dois fluidos, 0 e são os raios que definem a espessura da placa e é a condutividade térmica. [5] **Referências Bibliográficas:** 1. – Meirinho Guerreiro, Paulo., *Avaliação do desempenho de permutadores de calor de placas nos laboratórios da ARSOPI-THERMAL.* *Dissertação de Mestrado,* Universidade do Porto, 2017 1. – Vapor para La Industria., *Permutadores de calor de placas: Quais são os seus tipos e funcionalidades?* [online] Disponível em:[https://vaporparalaindustria.com/pt/intercambiadores-de-calor-de-placas-cuales- son-sus-tipos-y-funcionalidades/](https://vaporparalaindustria.com/pt/intercambiadores-de-calor-de-placas-cuales-son-sus-tipos-y-funcionalidades/) (consultado em 27/02/2024) 1. – Wang, L., B. Sundén, and R.M Manglik, *Plate Heat Exchangers: Design, Applications and performance*. WIT Press, 2007. 1. – Hesselgreaves, J.E., *Compact Heat Exchangers – Selection, Design and Operation*. Pergamon, 2001. 1. – Apontamentos de Fenómenos de Transferência II, docente Maria Graça Carvalho, 2020/2021. 3