I. Determinação dos dados básicos do processo (pré-requisitos para seleção do modelo)
1. Definir claramente as propriedades dos meios quentes e frios (determinando os materiais do equipamento e os limites estruturais).
Primeiro, é essencial identificar os meios específicos nos lados quente e frio,-como água de processo, água circulante, vapor, óleo térmico, soluções ácidas ou alcalinas ou salmoura.
Diferentes mídias afetam o equipamento de maneiras distintas; por exemplo, meios que contêm-cloreto podem facilmente causar corrosão por pite, exigindo o uso de materiais como aço inoxidável 316L ou titânio.
Se o meio contiver partículas suspensas ou substâncias propensas à cristalização, considere aumentar a folga do canal ou reduzir a velocidade do fluxo para evitar entupimento.
Se requisitos de qualidade-alimentar ou farmacêutica-se aplicarem, o projeto deverá atender aos padrões sanitários (por exemplo, permitir desmontagem e limpeza e garantir uma estrutura livre de zonas mortas).
2. Especifique as condições de temperatura de entrada e saída (que determinam a força motriz para a transferência de calor).
Devem ser fornecidas temperaturas de entrada e saída alvo para ambos os lados quente e frio (por exemplo, resfriamento de 80 graus a 50 graus, aquecimento de 20 graus a 60 graus).
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· A diferença de temperatura determina diretamente a força motriz da transferência de calor; uma diferença menor de temperatura requer uma área maior de transferência de calor.
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· Também é necessário determinar se há alguma "limitação de abordagem de temperatura"-por exemplo, se os requisitos do processo determinam que a temperatura do lado-frio não pode exceder um determinado limite.
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· Se houver mudanças de fase (como condensação ou evaporação), o perfil de temperatura deverá ser especificado separadamente.
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3. Determine a vazão e a carga operacional (determina a escala de troca de calor)
Devem ser fornecidas vazões mássicas ou volumétricas para ambos os lados quente e frio, pois estas são as principais entradas para o cálculo da carga térmica.
É necessário distinguir entre três condições de operação: carga máxima, carga normal e carga mínima.
Se o sistema envolver operação flutuante (como produção intermitente), deverá ser considerada a adaptabilidade às condições operacionais dinâmicas.
A precisão dos dados de vazão determina diretamente se o trocador de calor está superdimensionado ou subdimensionado.
4. Definir limites e restrições do sistema (restrições de engenharia).
Defina claramente a faixa máxima de queda de pressão permitida-por exemplo, menor ou igual a 50 kPa ou um limite determinado pela capacidade da bomba.
→ Este parâmetro determina diretamente o projeto dos canais da placa e a seleção das velocidades de fluxo, servindo como uma condição de limite crítica que influencia o consumo de energia do sistema.
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Defina claramente as restrições de espaço de instalação, incluindo altura do equipamento, orientação de entrada/saída e espaço para manutenção.
→ As condições espaciais ditarão diretamente as dimensões da estrutura do trocador de calor e a viabilidade de manutenção futura.
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Determine se a expansão futura da capacidade é permitida (o que afeta a necessidade de reserva de capacidade adicional de placas).
→ Este factor determina se um design modular deve ser adoptado para permitir uma maior capacidade de transferência de calor numa fase posterior.
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Determine se o sistema opera continuamente (o que afeta a manutenção e o projeto de redundância).
→ O modo de operação influencia se são necessárias configurações redundantes do equipamento e como os ciclos de limpeza e manutenção são estabelecidos.
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Cálculos térmicos e determinação dos requisitos de transferência de calor (fase de projeto principal)
1. Cálculo da carga térmica Q (determina a “classe de capacidade” do equipamento)
Fórmula básica de cálculo:
Q=m × Cp × ΔT
Os cálculos devem ser realizados separadamente para os lados quente e frio; teoricamente, o princípio da conservação de energia deve ser satisfeito.
Ajustes devem ser feitos para levar em conta a perda de calor ou a liberação/absorção de calor-relacionada ao processo.
O valor Q é o parâmetro principal que determina a área superficial do trocador de calor.
2. Cálculo da diferença logarítmica de temperatura média (LMTD) (análise de força motriz)
Usa a fórmula de cálculo de contra{0}fluxo:
LMTD=(ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1 / ΔT2)
ΔT1 e ΔT2 representam as diferenças de temperatura nas duas extremidades.
Um LMTD menor indica uma força motriz-de diferença de temperatura mais fraca, exigindo equipamentos maiores.
Os trocadores de calor de placas normalmente empregam um arranjo de contrafluxo para maximizar o LMTD.
3. Fator de correção de fluxo F (fator de influência estrutural)
• Quando o fluido tem um padrão de fluxo-múltiplo ou não{1}}ideal, um fator de correção precisa ser introduzido.
• Faixa típica: 0,75–1,0.
• Estruturas de-passagens múltiplas normalmente têm um valor F-mais baixo, mas podem melhorar a distribuição de velocidade.
• O software do fabricante deve ser utilizado em conjunto com o projeto.
Especificações de Placas e Conversão Estrutural (Da Teoria ao Equipamento)
1. Seleção do tipo de placa (determina a eficiência e queda de tensão)
• Placas em espinha: Alta eficiência de troca de calor, mas queda de pressão relativamente grande.
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• Placas onduladas rasas: Baixa queda de pressão, adequadas para sistemas de alta vazão e baixa resistência.
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• Placas onduladas profundas: Forte capacidade anti-entupimento, adequada para condições de incrustação.
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O ângulo da placa (por exemplo, 30 graus/60 graus) afeta a intensidade da turbulência e as características de arrasto.
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2. O tamanho da placa e a área de troca de calor são compatíveis.
• Diferentes fabricantes utilizam diferentes áreas de placas (0,1–3 m²/placa).
• Placas maiores são adequadas para sistemas de alta-vazão-, enquanto placas menores são adequadas para sistemas de controle de precisão.
• O tamanho do equipamento e os custos de manutenção devem ser considerados ao selecionar uma placa.
• Para a mesma área de troca de calor, diferentes tamanhos de placas podem levar a diferenças estruturais significativas.
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