Intercambiador de calor de placas

Un intercambiador de calor de placas é un tipo de intercambiador de calor que utiliza pratos de metal para transferir calor entre dous fluídos. Isto ten unha vantaxe importante sobre un intercambiador de calor convencional, a cal é que o fluído é exposto a unha área de intercambio maior porque o fluído esténdese entre os pratos. Isto facilita a transferencia de calor, e ademais aumenta a velocidade do cambio de temperatura, o que fai que estes intercambiadores sexan os máis eficientes. A outra vantaxe que poderiamos destacar destes intercambiadores é que podemos modificar a área de transmisión de calor, engadindo ou quitando pratos. Os intercambiadores de calor de placas son agora comúns en diferentes áreas industriais e de tratamento de augas. Os intercambiadores de calor de placas pequenos tiveron un impacto grande no ámbito da calefacción doméstica e de quentar a auga. 

O concepto detrás dun intercambiador de calor é o uso de tubos ou outros recipientes de contención para quentar ou arrefriar un fluído por transferencia de calor entre un fluído e outro. Na maioría de casos, o intercambiador consiste dun serpentín que contén un fluído que pasa por un compartimento que contén o outro fluído. As paredes do tubo están normalmente feitas de metal, ou outra substancia cunha condutividade térmica alta, para facilitar o intercambio de calor, mentres que a carcasa exterior do serpentín máis grande está feita dun plástico ou un cuberto con insulación térmica, para diminuír a calor perdida dende o intercambiador.

O primeiro intercambiador de calor de placas que foi viablemente comercializado foi inventado por Richard Seligman en 1923 e revolucionou completamente os método de calefacción indirecta e arrefriado de fluídos. Richard Seligman fundou APV en 1910, un especialista fabricando recipientes destinados á cervexaría e ao comercio de aceite vexetal. Tamén comezou a comercialización de pequenos intercambiadores de placas deseñados por ordenador a través de todo o mundo.

 Deseño de intercambiadores de calor de placas 
dereita|miniatura|Esquema dun intercambiador de calor de placas
dereita|miniatura|Un prato individual para un intercambiador de calor de placas
Os intercambiadores de calor de placas teñen un deseño especializado en transferir calor entre fluídos a media e baixa presión. Algúns intercambiadores de placas especializados poden traballar con fluídos a altas presións, pero nestes intercambiadores en xeral o máis común é traballar a media ou alta presión. O aceiro inoxidábel é o metal xeralmente utilizado para os pratos debido á súa habilidade de resistir temperaturas altas e a reducida corrosión. 

Os pratos están a miúdo separados por unha goma que está pegada arredor do bordo dos pratos. O grosor dos pratos que compoñen o intercambiador xeralmente oscila entre 0,5 mm e 3 mm. A separación entre pratos adoita oscilar entre os 1,5 mm e 5 mm. Para un prato, a división da súa lonxitude entre o seu ancho debe oscilar entre 2 e 3. Ademais, a área de superficie dun prato estará entre 0,03 m2 e 1,5 m2. Os pratos producen unha área de superficie extremadamente grande, o cal permite que haxa unha transferencia de calor máis rápida. Ademais, a maior parte do fluído que circula entre os pratos estará en contacto coa parede, o que producirá un fluxo turbulento e maximizará o intercambio de calor. Nestes intercambiadores un gran grao de turbulencia pode ser obtido a caudais baixos, así como un coeficiente de transmisión de calor alto polo tanto.

Comparando un intercambiador de placas cun intercambiador de carcasa e tubos, os intercambiadores de placas adoitan ser máis compactos ca os intercambiadores de carcasa e tubos. Porén, os intercambiadores de placas non poden traballar a unha gran variedade de presións, estes están moi restrinxidos, mentres que os intercambiadores de carcasa e tubos non teñen este problema. A gran vantaxe dos intercambiadores de placas respecto aos de carcasa e tubos é que nestes pódese modificar a área de intercambio de calor engadindo ou quitando pratos, mentres que nun intercambiador de calor de carcasa e tubos esta área permanece constante.

 Avaliando intercambiadores de calor de placas 
miniatura|Intercambiador de placas desmontando, cos pratos e a goma que os separa visibles
Todos os intercambiadores de calor de placas parecen similares no exterior. A maioría das diferenzas quedan no interior, nos detalles do deseño dos pratos e as tecnoloxías utilizadas para selar os pratos. Por iso, cando se avalía un intercambiador de calor de placas, é moi importante non só explorar os detalles exteriores do produto, mais tamén analizar o desenvolvemento levado a cabo polo fabricante.

Hai moitos tipos diferentes de modificacións para aumentar a eficiencia dun intercambiador de calor que é extremadamente dubidoso que algún deles sexa apoiado por un simulador comercial. Ademais, algunhas propiedades do intercambiador nunca serán reveladas polo fabricante. O obxectivo principal nun intercambiador de calor sería obter a máxima eficiencia posible, para iso hai que avaliar múltiples factores tales como o factor de ensuciamento, á seguridade ou á confianza que dea o intercambiador.

Unha limpieza periódica do intercambiador tamén é altamente necesaria, é o método máis eficiente para eliminar todos os desfeitos e a terra que co tempo reducen a eficiencia do intercambiador. Isto require que ambos lados do intercambiador sexan limpados, seguido dun illamento do fluído no sistema. O intercambiador débese lavar con auga ata que o fluxo desta saia completamente limpo. O fluxo de auga debe ser no sentido contrario á dirección regular do fluído para un mellor resultado. Logo, procedarase a pasar unha disolución cun axente limpador compatible co intercambiador para obter unha boa limpeza. E por último, procederase a limpar con auga de novo.

 Ecuación de transferencia da calor 
O fluxo de calor total entre o fluído quente e o fluído frío nun intercambiador de calor de placas vén expresado como: Q = U·A·∆Tm , onde U é o coeficiente global de transmisión de calor, A é a área total dun prato, e ∆Tm é a diferenza de temperaturas media logarítmica. U depende dos coeficientes de convección dos fluídos quente e frío. Esta será a ecuación principal para o deseño do intercambiador, onde o coeficiente global de transmisión de calor sempre adoita xogar un papel moi importante.

 Referencias 
 "Plate Heat Exchangers". Techtrans Engineers. 19 February 2022.
 Hewitt, G (1994). Process Heat Transfer. CRC Press.
 Wang, J.Y. (2011). "Theory of flow distribution in manifolds". Chemical Engineering J. 168 (3): 1331–1345. doi:10.1016/j.cej.2011.02.050
 Bassiouny, M.K.; Martin, H. (1984). "Flow distribution and pressure drop in plate heat exchanges. Part I. U-Type arrangement". Chem. Eng. Sci. 39 (4): 693–700. doi:10.1016/0009-2509(84)80176-1.
 Bassiouny, M.K.; Martin, H. (1984). "Flow distribution and pressure drop in plate heat exchanges. Part II. Z-Type arrangement". Chem. Eng. Sci. 39 (4): 701–704. doi:10.1016/0009-2509(84)80177-3.
 Wang, J.Y. (2008). "Pressure drop and flow distribution in parallel-channel of configurations of fuel cell stacks: U-type arrangement". International Journal of Hydrogen Energy. 33 (21): 6339–6350. doi:10.1016/j.ijhydene.2008.08.020.
 Wang, J.Y. (2010). "Pressure drop and flow distribution in parallel-channel of configurations of fuel cell stacks: Z-type arrangement". International Journal of Hydrogen Energy. 35 (11): 5498–5509. doi:10.1016/j.ijhydene.2010.02.131.

 Notas 

 Véxase tamén 
 Bibliografía 




Categoría:Enxeñaría química
Categoría:Industria