OP2_01_Trocador de Calor Placas

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Trocadores de Calor 
Profa. Dra. Lorena Oliveira Pires 
Engenharia Química 
Instituto de Química 
Unesp - Araraquara 
 
Trocador de Calor de Placas 
Composto por um suporte em que placas independentes de metal, sustentadas 
por barras, são presas por compressão entre uma extremidade móvel e outra 
fixa. Entre placas adjacentes, formam-se canais por onde os fluidos escoam. A 
troca de calor se dá através de cada placa. De um lado da placa, tem-se o 
fluido frio, e do outro, o quente. 
 
• Foram introduzidos na indústria de alimentos na década de 30 em razão 
da facilidade de limpeza 
• Escoamento 
• Canais formados e fluidos escoando 
 
• Principais partes constituintes: 
• Placas 
• Juntas de Vedação 
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• Bocais 
• Placas Conectoras 
• Feitas por prensagem 
• Apresentam superfícies com corrugações 
• Maior resistência à placa 
• Maior turbulência aos fluidos em escoamento 
• Podem ser feitas de materiais que possam ser prensados 
• Aço inox, titânio, ligas titânio-paládio, ... 
 
 
• Mesmo que uma vedação se rompa, a mistura entre os fluidos é 
improvável, pois há sempre duas vedações separando os fluidos. 
• As bolsas em volta do bocal possuem respiros para a atmosfera (locais 
sem vedação) 
• Caso haja vazamento no bocal, por exemplo, o líquido sai do 
trocador e uma segunda vedação impede a mistura com o outro 
fluido 
• Diferentes tipos de corrugações 
• Mais comuns: 
• “espinha de peixe” (herringbone) 
• “tábua de lavar roupa” (washboard) 
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• As corrugações permitem que haja ponto de contato entre placas 
• Importante consultar catálogos de fabricantes 
 
• Características e dimensões: 
• Espessura de 0,5 a 3 mm 
• Canais de escoamento: 2 a 5 mm; deq= 4 a 10 mm 
• Área de troca de calor: 0,01 a 5 m2 
• Relação comprimento largura: 1,8 (mínimo p/ evitar má distribuição 
do fluido) 
 
Juntas de Vedação 
• As juntas de vedação são as responsáveis pelo direcionamento dos 
fluidos dentro do trocador, impedem a mistura entre eles e evitam o 
vazamento para o exterior; 
• Distribuem os fluidos pelos dois lados da placa; 
• Ocupam toda a periferia da placa, dois bocais integralmente e a parte 
externa dos outros dois bocais de cada placa; 
• Devem ser de um material flexível para ocorrer a vedação com a 
compressão das placas (normalmente diferentes tipos de borrachas). 
Material Tmáx (oC) Aplicação
Acrilonitrila-butadieno 135 Gorduras
Isobutileno-isopreno 150 Aldeídos, cetonas
Etileno-propileno
(EPDM)
150 Grande variedade
Viton (fluorcarbono) 175 Combustíveis, óleos minerais, vegetais e 
animais
Fibra de amianto 
comprimido
260 Solventes orgânicos
 
Há sempre duas juntas separando os fluidos. Mesmo com o rompimento de 
uma delas não ocorre a mistura entre os fluidos 
 
Bocais 
• Entrada e saída dos fluidos 
• Podem estar localizados em um ou em ambos os extremos do trocador 
• Quando estão na mesma extremidade, parte fixa, o trocador pode ser 
aberto sem ser desconectado das tubulações 
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• O escoamento pode ser diagonal ou vertical em função da posição dos 
bocais e juntas de vedação nas placas 
• Configuração vertical é a mais comum 
 
Placas Conectoras 
• Estas placas permitem que o trocador opere com 3 fluidos e seja dividido 
em duas seções: uma para aquecimento e outra para resfriamento. 
• Aplicação: pasteurização 
 
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Trocador de Placas 
• Comparando com os trocadores Casco e Tubo, os de Placas serão 
viáveis se: 
• A pressão de operação for menor que 30 bar; 
• As temperaturas forem inferiores a 180 oC; 
• Houver vácuo não muito elevado; 
• Houver volumes moderados de gases e vapores, com ou sem 
mudança de fase. 
 
Vantagens 
• Facilidade de acesso à superfície de troca, substituição de placas e 
facilidade de limpeza 
• Uso consagrado na indústria de alimentos 
• Flexibilidade 
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• Possibilidade de alteração da área de troca 
• Grandes áreas de troca ocupando pouco espaço 
• Compactos comparados ao Casco e Tubo 
• Pode operar com mais de dois fluidos 
 
• Elevados coeficientes de transferência de calor em razão das 
corrugações das placas. Para número de Reynolds de 10 – 400, já se 
tem regime turbulento; 
• Incrustação reduzida em razão da alta turbulência, ocasionando menos 
paradas para limpeza; 
• Baixo custo inicial; 
• Não é necessário isolamento, apenas as bordas das placas são 
expostas à atmosfera; 
• Não ocorre mistura das correntes mesmo que a vedação falhe; 
• Pequeno volume de fluido retido no trocador: permite respostas rápidas 
no controle de variáveis. 
 
Restrições 
• Pressão 
• “Qualquer trocador de placas resiste a pressões de 7 atm, muitos 
podem ser projetados para 10 atm, alguns para 15 atm, poucos 
para 20 atm e um ou dois para 25 atm”. 
• Temperatura 
• Máxima de 260 oC, se amianto, nem sempre utilizável em 
consequência da baixa flexibilidade 
• 180 oC para outras juntas 
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• Vazão 
• Máxima de operação de 2.500 m3/h com bocais de até 400 mm 
 
Configurações de Escoamento 
• Possível passe único ou múltiplos 
• Em termos gerais, escoamento em série ou paralelo 
• Série 
• Vazão total passa por todas as placas em série 
• Corrente muda de direção após cada placa 
• Paralelo 
• Corrente se divide e depois se junta 
 
Arranjo 1/1 
• Contracorrente com uma passagem para cada fluido 
• Escoamento pode ser em “U” ou em “Z” dependendo da posição dos 
bocais 
• Utilizado quando se opera com grandes vazões e necessita-se de 
pequenas variações de temperatura 
• Número de canais dependerá da capacidade do trocador e da perda de 
carga 
• No arranjo em U os 4 bocais estarão na extremidade fixa do trocador 
facilitando a abertura do trocador. É a configuração preferida. 
 
• No arranjo em Z a distribuição do escoamento é mais homogênea 
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Configurações de Escoamento 
• As placas das extremidades não são placas de troca de calor 
• Para efeito de troca, o número de placas é n-2 
 
Arranjo 2/2 
• Múltiplas passagens 
• Passes ou passagens conectadas em série 
• Neste arranjo com dois passes, 2/2, os fluidos escoam por duas 
passagens em série com o mesmo número de canais em todas as 
passagens 
 
• Nos dois casos exemplificados a operação é em contracorrente, exceto 
na placa central, onde os fluidos mudam de direção e o escoamento é 
paralelo; 
• Arranjo utilizado para serviços com grandes variações de temperatura e 
pequenas diferenças de temperaturas entre os fluidos 
 
Arranjo 2/1 
• Um fluido com passagem única e outro com duas passagens em série 
• Metade da unidade em contracorrente e metade em paralelo 
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• Utilizado quando um dos fluidos apresenta vazão muito maior do que o 
outro ou menor perda de carga admissível 
• O fluido com maior vazão escoa com uma passagem e maior número de 
canais 
 
Trocador de Calor de Placas 
• Comparando ao trocador Casco e Tubos pode-se dizer que: 
• O número de passagens no lado tubo pode ser comparado ao 
número de passes de qualquer dos fluidos 
• O número de tubos de cada passagem pode ser comparado ao 
número de canais por passagem do trocador de placas 
• Não há informação disponível sobre projeto desses trocadores pois 
foram desenvolvidos nas empresas que os produzem 
• www.alfalaval.com 
• www.apv.com 
 
Outros tipos de Trocador de Calor 
 
Trocador de Calor Espiral 
 
 
Trocador de Calor Tipo Lamela 
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Páginas de fabricantes 
• http://www.alfalaval.com/products/heat-transfer/tubular-heat-
exchangers/Shell-and-tube-heat-exchangers/Aalborg-MD/ 
• http://www.spx.com/en/apv/pd-010_mp-phe-gasketed-industrial/