Universidade Federal de Santa Catarina UFSC Departamento de Eng. Qumica e Eng. de Alimentos EQA Disciplina: Processos da Indstria de Alimentos EQA5322

Professor: Dr. Ing. Haiko Hense

Trocadores de Calor

Teorema Pi de Buckingham Transmisso de Calor Trocadores de calor em geral Trocadores de Calor a Placas

Trocadores de Calor

TIPOS:

1- Tipo Votator (superfcie raspada) 2- Radiadores 3- Tubo duplo 4- Casco e tubos 5- A placas

Tipo Votator:

- Quando fluidos mudam de fase (margarina)

- Purs, pastas ou fluidos tixotrpicos.

TC para margarina

Radiadores: - Quando um fluido o ar

- Em cmaras frigorficas (evaporadores)

Trocadores de calor de tubo duplo:

- So mais simples

- Pode ter partculas em suspenso

T.C. Casco e tubos: - Muito utilizado na ind. do petrleo

- 2 fluidos quaisquer

- Sem partculas em suspenso

Trocador de Calor de Casco e Tubos aberto

outros.

Plate Heat Exchangers: Design, Applications and Performance [Hardcover]

L. Wang (Author), B. Sunden (Author), R. M. Manglik (Author)

Trocador de calor a Placas: (1 em 1923)

- 1930 na Ind. de lacticnios (exigncia de higiene)

- TCP consiste numa srie de chapas metlicas onduladas providas de gaxetas e de cantoneiras abertas.

o fluido separado por 2 gaxetas, abertas para a atmosfera;

Placas mantidas apertadas numa estrutura que contm as conexes para os fluidos.

Operao de passe nico em contra-corrente:

usando-se grades conectadores ou placas interconectadoras, pode-se desviar os fluxos, ou, prover conexes para fluidos alternativos. Com isto se pode variar as funes de transferncia num mesmo pedestal.

Material das placas:

- Ao inox AISI 316 ou 304 (% carbono < 0,07%)

- Titnio (99,8%) ou estabilizado com Pd (0,2%), para gua e solues cloretadas.

- Hastelloy C, Incolloy 825, Monel 400 (ligas especiais)

- Niquel 200

- Alumnio-lato

- Tntalo entre outros materiais dcteis.

placas: brassado

Tamanhos de TCPs:

O perfil de canais e ondulaes:

- Refora as placas

- Aumenta a rea do trocador de calor

- Induz turbulncia

Evitar P1 muito diferente de P2, ou, prensar contato entre as placas para no deformarem.

reas de TCP efetivas entre 0,026m2 at 2,2 m2 e at 700 placas por suporte.

Material das juntas: vrios elastmeros em funo da resistncia qumica e trmica.

MATERIAL TEMPERATURA C

Borracha natural, estireno, neoprene

70

Nitrlica, Viton 100

Butil curada a resina 120

Etileno,propileno, silicone 140

Fibra de amianto prensada 200

Juntas (gaxetas):

Vantagens do Trocador a Placas:

- TCP atuais: Presses at 21 kgf/cm2

Temperaturas at 250C

Vazes at 2.500 m3/h

rea de TC at 1500 m2

- Coef. de transf. de calor elevado: 4000 a 6000 kcal/hm2C para gua/gua

- Flexivbilidade: placas independentes podem ser removidas e adicionadas ou redispostas => nunca se torna obsoleto!

Vantagens do Trocador a Placas:

- Facilidade de inspeo: abrindo o cabeote mvel para acesso e limpeza;

- Baixo custo: quando h necessidade de materiais resistentes corroso, o TCP mais econmico;

- Menor custo de instalao: + leve, fundaes mais baratas;

- Perda de calor: somente nas bordas, dispensa isolamento

- Alta turbulncia: corrugao nas placas induz turbulncia nos lquidos at com Re=10 (Obs. Troc. tubular 2300);

- Economia em aquecimento: alto h mais fluxo 100% contracorrente, opera mesmo com T< 1C, recupera calor at 90% fatores de correo sobre o DTML 1;

- Compacto: as placas fornecem grande rea de TC por volume de trocador (pedestal), no necessitando mais espao para abertura;

Vantagens do Trocador a Placas:

- Baixa reteno: a reteno de lquidos mnima, e a menor rea de TC requerida favorece ainda mais a baixa reteno;

- Componentes padronizados: so construdos sob medida, utilizando componentes padronizados;

- Limpeza qumica: adequados para limpeza qumica pois no h zonas mortas;

- Menor inscrustrao: regime turbulento mantm slidos em suspenso, bom perfil de velocidades, superfcies lisas, fcil remoo;

- Sistema Economix: nervuras de placas prensadas em ngulos, diferentes caractersticas trmicas, resultando em mais flexibilidade e menor rea de TC.

Desempenho trmico dos TCPs:

Para lq. turbulento/lq. turbulento , utiliza-se a relao de DITTUS e BOELTER:

Nu = (A) . Ren . Prm (/w)x

Sendo: Nu = h.de/k ; Re = .V.de/ ; Pr = Cp./k

As constantes variam entre:

A = 0,15 a 0,40

n = 0,65 a 0,85

m= 0,30 a 0,45

x = 0,05 a 0,20

de = dimetro equivalente = 2 x espaamento mdio entre as placas ( espessura da gaxeta!)

Como difcil obter dados tericos para todas as placas, nos baseamos nos valores fornecidos pelos fabricantes:

Ex: Para placa comum da APV (Paraflow)

h.de/k = 0,28 (G.de/)0.65 . (Cp./k)0,4 . (/w)0,14

Para placa da Alfa-Laval:

Nu = (0,374) . Re0,668 . Pr0.333 . (/w)0,15

(/w) = razo de viscosidade de Sieder e Tate, geralmente omitida

Velocidades de fluxo: Velocidades tpicas de TCPs (fluidos aquosos), regime turbulento (Re crtico entre 100 e 400)

= 0,3 a 0,9 m/s

Obs: a velocidade real puntual pode ser at 4x maior!

As correlaes de transmisso de calor (h) e perda de carga (P) = f(velocidade do fluido)

altos hs para velocidades moderadas!

Os coeficientes de atrito nos TCPs geralmente so altos, cerca de 100x maior que nos tubos!

Figura h e P em funo da vazo por passagem (kg/h)