TRABALHO COMPLETO PLACAS

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TROCADOR DE CALOR DE PLACAS
OPERAÇÕES UNITÁRIAS II
NOMES:
Bianca Graziano - RA: 11.0122-9
Caroline de Géa - RA: 11.0819-0
Júlia Leite - RA: 11.0949-5
TROCADOR DE CALOR DE PLACAS
INTRODUÇÃO
Os trocadores de calor de placas consistem de uma série de placas corrugadas justapostas formando trajetos entre si, por onde escoam os fluidos quente e frio em contracorrente. As placas são separadas através de juntas de vedação que, pela sua natureza, impõem limitações de pressão, temperatura e fluido. 
As placas possuem 4 orifícios, um próximo a cada vértice que, quando as placas estão montadas na armação, constituem o canal de distribuição dos fluidos, dirigindo-os para a seção entre as placas.
 		
 Figura 1: Variedades de tamanhos e desenho das placas.
Os trocadores de placa permitem o uso em operações múltiplas, com fluidos diferentes passando por partes diferentes do mesmo trocador. 
As maiores vantagens dos trocadores a placas são a flexibilidade, versatilidade, economia de espaço, grande facilidade de limpeza e manutenção, alto rendimento térmico e bom controle de temperatura. Entretanto, como este equipamento faz um uso extensivo de gaxetas, ele possui limitações de pressão e temperatura de operação. Outra importante desvantagem é a alta perda de carga devido aos estreitos canais corrugados por onde os fluidos escoam. Entretanto, a turbulência gerada causa uma melhora significativa dos coeficientes convectivos.
 
O trocador de placas além de gaxetas pode também ser brazados ou soldados, entretanto, esses tipos não são tão empregados quanto os de gaxetas, pois não podem ser abertos para limpeza interna ou redimensionamento.
São diversas possibilidades de distribuição das correntes quente e fria pelos canais do PHE. Um conjunto de canais no qual o fluxo principal é distribuído, escoando em um único sentido, denominado passe. Cada vez que ocorre uma mudança de sentido, muda-se a passe. Na figura 3, são mostrados dois arranjos de passe comuns, que são o arranjo paralelo onde cada corrente faz um passe único, e o arranjo em série, a vazão total passa por todas placas em série, a corrente muda de direção depois de cada percurso vertical, ou seja, após cada placa. Os diferentes arranjos são obtidos , usando placas especiais com orifícios fechados que segmentam os dutos de distribuição e coleta.
 
		Figura 2. : Quatro configurações possíveis para PHE com oito canais.
As placas das extremidades não são placas de troca de calor, elas estão em contato com as placas da estrutura do trocador. Portanto, para efeito de área de uso, o número de placas é n – 2, sendo n o número de placas.
 
	Figura 3: Partes principais do trocador de calor a placas e gaxeta
	Sempre surgem comparações com os trocadores casco tubo. O trocador de placas é viável somente se a pressão de operação for menos que 30 bar, se as temperaturas forem inferiores a 180 ou 260°C se puder ser utilizada fibra de amianto, mas com menores pressões, se houver vácuo não muito elevado, se houver volumes moderados de gases e vapores, com ou sem mudança de fase. 
	Quanto à espessura das placas, podem varias de 0,5 a 3 mm, os canais que se formam entre as placas, para escoamento do fluídos, podem ter de 2 a 5 mm de espessura. Para evitar má distribuição do fluído pela placa, utiliza-se uma relação de comprimento/largura de no mínimo 1,8.
O espaço compreendido entre duas placas, forma um canal de escoamento. O fluído entra e sai de um canal através dos orifícios de passagem da placa, sendo o escoamento direcionado pela gaxeta. 
Quando as placas são alinhadas e comprimidas, os orifícios de passagem formam dutos de distribuição e coleta. 
Esses dutos estão conectados a tubulações externa e através das placas fica e móveis.
	Os fabricantes têm desenvolvido placas com diferentes tipos de corrugações, embora as mais conhecidas sejam as chamadas “espinha de peixe” e “tábua de lavar roupa”. As corrugações permitem que haja pontos de contato entre placas. A placa com corrugação “espinha de peixe” possui mais pontos de contato, permitindo que sua espessura seja menor. Quando se utiliza a corrugação “espinha de peixe”, as direções das corrugações são invertidas para duas placas consecutivas. 
MEMORIAL DE CÁLCULO
Cálculo da área de troca térmica, para trocador com placas;
Sendo np o número de placas, Sp área de troca de uma placa definida pelo fabricante.
2) Cálculo da DMLT; diferença média logarítmica de temperatura, lembrando considerar o escoamento como contracorrente ou paralelo.
3) Cálculo do calor trocado sendo; 
4) Coeficiente global de transferência de calor de projeto, na condição atual do trocador
 
5) Coeficiente global de transferência de calor para o trocador limpo “clean” (sem incrustação), obtido por correlação
Para cálculo de hio é necessário primeiro começar calculando o número de canais entre placas; 
 
6)Vazão mássica por unidade de área
l = largura da placa 
e = distancia entre as placas
7)Número de Prandtl
 
8)Número de Reynolds 
 
Di = diâmetro equivalente;
 (4 área de escoamento)/(perímetro molhado) = (4* l* e) = (2*e)
 (2 * l) 
*Lembrando que a simplificação só é válida, desde que a largura da placa seja bem maior que a distância entre as placas.
Para 0 < NRe < 9 
Nnu = hio*Di = 0,0616NRe0,333*NPr0,333
 k 
Para 9 < NRe < ∞
Nnu = (hio*Di) = 0,275 * NRe0,70* NPr0,333
 k 
9) Cálculo de ho ( coeficiente de película) 
ho = 1,47[((Kf^3)*(ρf²)*(g))
 (µf²) * (NRe,f)^-1/3
Kf : condutividade térmica do vapor condensado (água) 
ρf : densidade do vapor condensado (água) 
µf: viscosidade (dinâmica) do vapor condensado (água)
OBS: para tubos horizontais a constante 1,47 é substituída por 1,51.
 
Para NRe, f < 2000 e propriedades na temperatura de película (tf) definida por:
 
onde, 
Tv = temperatura de saturação do vapor na pressão de operação
A temperatura de parede (tw) é definida por:
tw = tc + ( _ho__) * (Tc – tc)
 (hio + ho)
onde Tc e tc são as temperaturas calóricas do fluido quente e do fluido frio, respectivamente, ou, de forma aproximada, a temperatura média destes fluidos.
REFERÊNCIAS BIBILOGRÁFICAS
ARAÚJO, Everaldo César da Costa. Trocadores de Calor. São Carlos: EdUF SCAR, 2002. 102P. (Apontamentos).
GUT JORGE, Andrew Wilhelms, Configurção ótimas para trocadores de calor a placas. São Paulo, 2003