Trocador de Calor a Placas: Como Aumentar a Troca Térmica


trocador de calor a placas
Trocador de Calor a Placas

Escrito por Micelli Camargo

Para aumentar a troca térmica do trocador a placas é só aumentar a quantidade de placas, correto?


NÃO! Isso não é uma verdade.


Frequentemente, quando estou dimensionando um trocador de calor aqui na Alfa Laval e eu digo que não é possível conseguir o que o cliente quer nas condições informadas, eu ouço a sugestão:


Porque você não aumenta a quantidade de placas?


No primeiro momento, você pode pensar que aumentar a quantidade de placas irá aumentar a área de troca térmica do trocador de calor (o que é verdade) e consequentemente a sua eficiência, no entanto, você está se esquecendo que o calor a ser fornecido vem do fluido quente em escoamento.


O fluxo de calor (Q') pode ser calculado pela expressão Q'=m'.c.deltaT, onde m' é a vazão em massa, c o calor específico e delta T a diferença de temperaturas.


Por outro lado, o fluxo de calor que atravessa do lado quente para o lado frio pode ser calculado por Q'=U.A.MediaT onde o U é o coeficiente global de transferência de calor considerando condução e convecção, A a área e MediaT uma média de temperaturas conveniente para cada situação, sendo a LMTD (log mean temperature difference) a mais usada e assim temos:


(Q'=m'.c.delta T)quente = (Q'=m'.c.delta T)frio = U.A.MediaT


Note que o calor que sai do fluido quente é o que será recebido pelo fluido frio que corresponde ao calor que atravessa as placas do trocador de calor e isso é constante para uma dada condição.


Quando digo condição, me refiro aos parâmetros de vazão em massa, calor específico e diferença de temperatura, se não houver alteração nessas propriedades, de nada adianta mudar a área do trocador de calor, em algumas situações, até piora o TC.


Na prática, se eu desejo aumentar o fluxo de calor, devo aumentar a vazão em massa do fluido quente ou aumentar a diferença de temperaturas de entrada e saida. Cada um tem suas limitações.


Bom, se o que eu estou dizendo é verdade, então porque existem trocadores de calor de diversos tamanhos?


Não é difícil de entender, se você tem um trocadorzinho e quer transferir uma quantidade grande de calor, você tem que ter U grande e/ou MediaT grande e ai você esbarra em limites de materiais ou de escoamento.


O fator U está relacionado com a tranferência de condução (que depende do material empregado) e convecção e este depende do tipo de escoamento, se é laminar ou turbulento. Quanto maior o número de placas, menor será a velocidade entre as placas e pode acontecer de você sair de uma condição de escoamento turbulento para laminar e a diferença de troca térmica piora bastante, pois o escoamento turbulento é desejado, no trocador de calor.


O assunto é muito mais complexo do que eu expus, mas com essa análise simples dá para explicar o porque da afirmação inicial.

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