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a2845a Leonardo Sobral 2025-03-13 10:54:46
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> ***Permutador*** ***de*** ***calor*** ***de*** ***placas***
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> *Guilherme* *Pereira,* *António*
3
> *Murta*<img src="./puuuzrhw.png"
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> style="width:1.32418in;height:0.60625in" /><img src="./cievhrj3.png"
5
> style="width:3.34125in;height:2.49653in" />
6
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*Integração* *e* *Intensificação* *de* *Processos* *27* *de* *fevereiro*
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*de* *2024*
9
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> **Tarefa** **1** **–** **Permutadores** **de** **calor** **de**
11
> **placas**
12
>
13
> **<u>Introdução:</u>**
14
>
15
> Os permutadores são aparelhos industriais utilizados para transferir
16
> calor entre dois fluidos diferentesa temperaturasdistintas. A
17
> maioriadestesdispositivosé montado em processos de fabrico, de maneira
18
> a aquecer ou arrefecer os fluidos que circulam nas suas correntes.
19
>
20
> Existem diversostipos de permutadores, sendo que os mais consensuais
21
> são os de double pipe, carcaça e tubos e os de placas. A diferença
22
> entre eles prevalece na sua forma e funcionamento, enquanto que os
23
> permutadores de calor double pipe são compostos por dois tubos
24
> concêntricosem que um dos fluidos se faz escoar pelo tubo interno e o
25
> outro se escoa pelo tubo que o rodeia, os de carcaça e tubos são
26
> compostos por uma carcaça que envolve inúmeros tubos, onde um dos
27
> fluidos se faz escoar pelo interior dos tubos e o outro entre os tubos
28
> e a carcaça.
29
>
30
> Os permutadores de placas (PHE, plate heat exchanger) são equipamentos
31
> que, como o nome indica, são constituídospor placas enrugadas onde os
32
> diferentesfluidoscirculam e é nestas onde ocorre a transferênciade
33
> calor. A transferênciade calor é possível porque o material de que as
34
> placas são feitas tem uma elevada condutividadetérmica. Habitualmente,
35
> são constituídos por placas de aço inoxidável, titânio ou outro tipo
36
> de metais que sejam resistentes à corrosão. \[1\]
37
>
38
> **Figura** **1-** Esquema representativo do funcionamento de
39
> permutadores de calor de placas. \[2\]
40
>
41
> De acordo com o que está retratado na Figura 1, é possível perceber
42
> que as placas onde circulam os dois fluidos, quente e frio, estão
43
> alternadas, potenciando a transferência de calor.
44
>
45
> Há vários tipos de permutadores de calor de placas, entre eles: \[3\]
46
> o PHE com junta;
47
>
48
> o PHE com pratos semi-soldados;
49
>
50
> o PHE com pratos totalmente soldados o PHE com pratos de grafite.
51
>
52
> 1
53
>
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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"
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> style="width:1.32418in;height:0.60625in" />
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*Integração* *e* *Intensificação* *de* *Processos* *27* *de* *fevereiro*
60
*de* *2024*
61
62
> **<u>Vantagens e Desvantagens:</u>**
63
>
64
> Os PHE devido à sua elevada eficiência térmica apresentam várias
65
> vantagens relativamenteaosoutros tipos de permutadoresde calor, no
66
> entanto tambémapresentam algumas desvantagens, nomeadamente no que
67
> toca ao uso intensivo nas juntas de vedação.
68
>
69
> <u>Vantagens:</u>
70
>
71
> • A sua maior vantagemé a forma como podem ser montados, desmontadose
72
> armazenados facilmente, uma vez que são placas e tubos que se
73
> compactam. Isto permite uma limpeza e manutenção rápida e eficaz.
74
>
75
> • Para coeficientes de transferência de calor elevados, este tipo de
76
> permutadores tem um tamanho reduzido quando comparado com outros. Para
77
> além disso, é menos pesado e volumoso que um permutador de carcaça e
78
> tubos, o que permite um custo de transporte mais acessível e barato.
79
>
80
> • O coeficiente de transferência entre as placas é tão elevado que
81
> permite obter diferenças de temperaturamínimas(até 1ºC) entre os
82
> fluidos em estudo. Para ajudar a este facto, os fluidos são colocados
83
> em contracorrente o que resulta numa recuperação de mais de 90% do
84
> calor disponível. \[3\]
85
>
86
> • Não existe a possibilidade de contaminação de fluidos, uma vez que
87
> cada fluido está confinado a canais entre placas seladas.
88
>
89
> • Outra grande mais valia é o facto de se poder combinar facilmente
90
> diversos tipos de placas e diferentesfluidos, de forma a otimizar as
91
> condições de operação do processo e tamanho da planta fabril.
92
>
93
> <u>Desvantagens:</u>
94
>
95
> • Este tipo de permutador de calor não pode operar a pressões
96
> superiores a 1,5MPa, visto que provoca fugas nos vedantes. \[4\]
97
>
98
> • Para temperaturas acima dos 150ºC no fluido não se pode utilizar os
99
> vedantes tradicionais, pois estes corroem e perdem a sua função
100
> elástica de vedante.
101
>
102
> • É possível que a demasiada fricção entre placas crie fugas e se
103
> perca fluido, apesar de não acontecer por norma.
104
>
105
> • A grande desvantagem dos permutadores de calor de placas implica o
106
> dimensionamento destes equipamentos, uma vez que para os restantes
107
> existem na literatura modelos genéricos de fácil compreensão, para
108
> estes equipamentos cada fabricante tem os seus modelos específicos,
109
> dificultando assim, o projeto da máquina e, por consequência do
110
> processo.
111
>
112
> **<u>Aplicações:</u>**
113
>
114
> • Indústria alimentar – Pasteurização, esterilização e aquecimento
115
> geral de alimentos • Marinha – Arrefecimento de motores e/ou sistemas
116
> hidráulicos
117
>
118
> • Sistemas de Energia Renovável – Aquecimento geotérmico e sistemas
119
> térmicos solares • Indústria farmacêutica
120
>
121
> • Sistemas AVAC – aquecimento e ar condicionado
122
>
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> 2
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> ***Permutador*** ***de*** ***calor*** ***de*** ***placas***
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> *Guilherme* *Pereira,* *António*
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> *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*
131
*de* *2024*
132
133
> **<u>Conceitos térmicos:</u>**
134
>
135
> A par dos outros tipos de permutadores de calor a transferência de
136
> calor dá-se da mesma maneira, ou seja, por convecção onde a energia é
137
> transferida do fluido mais quente para o mais frio.
138
>
139
> Para estimar a energia transferida é utilizado o balanço energético
140
> global ao permutador, dado por:
141
>
142
> 𝑄 = 𝑈𝐴(∆𝑇)𝑚𝑙 (1)
143
>
144
> onde U é o coeficiente global de transferência de calor, Aé a área de
145
> transferência de calor e (∆𝑇)𝑚𝑙 a média logarítmica da diferença de
146
> temperaturas.
147
>
148
> Outra equação importante é a que nos permite calcular a quantidade de
149
> calor transferida entre os dois fluidos, que é dada por:
150
>
151
> 𝑄 = 𝑚𝑐𝑝∆𝑇 (2)
152
>
153
> onde 𝑚 é o caudal mássico, 𝑐𝑝 o calor específico e ∆𝑇 a variação da
154
> temperatura do fluido.
155
>
156
> Por fim para determinaro coeficienteglobalde transferênciade calor é
157
> utilizada equação dada por:
158
>
159
> 1 1 𝑟 ln(𝑟𝑖) 𝑟
160
>
161
> 𝑈 ℎ0 𝑘 𝑟×ℎ𝑖
162
163
\(3\)
164
165
> onde ℎ0 e ℎ𝑖 são os coeficientes de transferência de calor por
166
> convecção dos dois fluidos, 𝑟 e 𝑟 são os raios que definem a espessura
167
> da placa e 𝑘 é a condutividade térmica. \[5\]
168
>
169
> **<u>Referências Bibliográficas:</u>**
170
171
\[1\] – Meirinho Guerreiro, Paulo., *Avaliação* *do* *desempenho* *de*
172
*permutadores* *de* *calor* *de* *placas* *nos* *laboratóriosda*
173
*ARSOPI-THERMAL.* *Dissertação* *de* *Mestrado,*Universidadedo Porto,
174
2017
175
176
> \[2\] – Vapor para La Industria., *Permutadores* *de* *calor* *de*
177
> *placas:* *Quais* *são* *os* *seus* *tipos* *e* *funcionalidades?*
178
> \[online\]
179
>
180
> Disponível
181
> 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/)
182
> (consultado em 27/02/2024)
183
>
184
> \[3\] – Wang, L., B. Sundén, and R.M Manglik, *Plate* *Heat*
185
> *Exchangers:* *Design,* *Applications* *and* *performance*. WIT Press,
186
> 2007.
187
>
188
> \[4\] – Hesselgreaves, J.E., *Compact* *Heat* *Exchangers* *–*
189
> *Selection,* *Design* *and* *Operation*. Pergamon, 2001.
190
>
191
> \[5\] – Apontamentos de Fenómenos de Transferência II, docente Maria
192
> Graça Carvalho, 2020/2021.
193
>
194
> 3