Os trocadores de calor de placas são compostos principalmente pela placa do trocador de calor, pelo quadro do trocador de calor e pela junta do trocador de calor. Portanto, o desempenho e a qualidade da junta PHE determinam diretamente se o trocador de calor de placas poderá operar com segurança, eficiência e por um longo período.
Placa do trocador de calor: Fornece a superfície sólida e a resistência estrutural necessárias à troca térmica.
Quadro do trocador de calor: Fornece a força de aperto, prendendo firmemente todas as placas e juntas.
Junta do Trocador de Calor: Responsável tanto pela vedação quanto pelo controle preciso da direção do fluxo do fluido.
As funções principais da junta do trocador de calor de placas incluem o seguinte:
O Junta do trocador de calor geralmente é projetada com um formato especial de seção transversal e submetida a uma compressão precisamente controlada nas ranhuras para juntas da placa do TPC. Isso garante a tensão de contato necessária para a vedação, além de permitir elasticidade para lidar com flutuações de pressão durante a operação.
Cada placa é cercada por juntas de borracha. Quando todas as placas são pressionadas conjuntamente pelas placas de fixação frontal e traseira, as juntas PHE são comprimidas para formar um anel de vedação elástico, impedindo que o fluido interno do trocador de calor (como água quente a alta temperatura, soluções químicas corrosivas, vapor, etc.) vaze para o ambiente. Vazamentos externos não só desperdiçam energia e fluido, mas também podem causar queimaduras, contaminação ou até acidentes de segurança.
As juntas de borracha também desempenham uma função de vedação ao redor dos quatro furos de canto de cada placa. Em um Placas os meios frio e quente entram e saem por orifícios distintos nos cantos. Se as juntas nos orifícios dos cantos falharem, o meio do lado de alta pressão pode vazar para o lado de baixa pressão, causando a mistura dos dois meios. Por exemplo, em um sistema de aquecimento, se a água de alta temperatura da rede primária se misturar com a rede secundária, isso pode provocar uma temperatura descontrolada da água de aquecimento para os usuários; nas indústrias alimentícia ou farmacêutica, essa contaminação cruzada pode levar diretamente ao descarte de todo um lote de produtos.
O arranjo das placas de borracha não é arbitrário, mas segue uma lógica específica para controlar o percurso dos meios quente e frio em ambos os lados das placas. Pode-se entender que, sem as placas de borracha, as placas de trocadores de calor de placas (PHE) seriam apenas uma pilha de folhas metálicas; porém, com placas de borracha cuidadosamente projetadas, transformam-se em trocadores de calor eficientes e ordenados.
As juntas do trocador de calor em placas adjacentes entram em contato umas com as outras, dividindo o espaço entre as placas em canais alternados de fluxo frio e quente. Os meios são forçados a entrar pelas aberturas nos cantos, fluem ao longo da direção corrugada da superfície da placa e, em seguida, saem pelas aberturas opostas nos cantos.
Alterando o projeto das vedações de borracha ao redor das aberturas nos cantos — seja deixando-as abertas ou fechadas — é possível obter arranjos de passagem simples, dupla e até múltipla. Por exemplo, um projeto de passagem dupla faz com que o meio circule uma vez dentro do conjunto de placas do trocador de calor, aumentando a velocidade de fluxo, intensificando a turbulência e melhorando o coeficiente de transferência de calor em mais de 30%.
A zona de orientação do fluxo na junta de borracha PHE distribui uniformemente o meio entrante por toda a superfície da placa, evitando zonas de fluxo "mortas" ou desvios de fluxo. Sem uma orientação adequada do fluxo fornecida pela junta de borracha, o fluido simplesmente "tomará um atalho" da entrada para a saída, desperdiçando a maior parte da área de troca térmica e fazendo com que a eficiência de troca térmica caia drasticamente para menos de 20% do valor projetado.
A elasticidade da junta de borracha do trocador de calor não serve apenas para vedação, mas também fornece proteção mecânica importante.
Durante a montagem e a compressão, sem a amortecimento proporcionado pela junta de borracha, os ápices corrugados de placas adjacentes colidirão diretamente, causando indentações localizadas, deformações ou até mesmo trincas. A junta de borracha PHE atua como uma "almofada flexível", permitindo que a força de compressão seja distribuída uniformemente nas bordas e nas áreas dos cantos das placas.
Durante a operação, os trocadores de calor experimentam vibrações mínimas devido às flutuações de temperatura e às pulsações de pressão. Sem o isolamento proporcionado pelas juntas de borracha, as placas esfregarão umas contra as outras, danificando gradualmente a camada superficial anticorrosiva e levando à formação de pites ou à corrosão sob tensão. A estrutura elastomérica da junta de borracha pode absorver essas microvibrações.
Quando os materiais das placas do PHE diferem entre si ou quando diferem dos materiais dos parafusos de fixação, podem-se formar células galvânicas em um ambiente eletrolítico úmido. Como separador não metálico, a junta do PHE pode bloquear o caminho elétrico e retardar a corrosão eletroquímica.
Durante a partida, a parada e a regulação de carga, a variação de temperatura das placas metálicas em um trocador de calor de placas pode variar da temperatura ambiente até 150 °C ou mesmo mais. Embora o coeficiente de dilatação térmica dos metais não seja elevado, o efeito cumulativo em trocadores de calor de grande porte pode resultar em uma alteração no comprimento total do conjunto de placas de vários milímetros.
A vedação de borracha possui excelente resiliência à compressão e baixa deformação permanente. Quando as placas se expandem termicamente, a junta de borracha é comprimida ainda mais; ao esfriar e contrair, a junta de borracha recupera sua forma para preencher as folgas. Essa capacidade de "acompanhamento dinâmico" é algo que juntas rígidas não conseguem oferecer.
Juntas de trocadores de calor de alta qualidade são formuladas para resistir à relaxação sob tensão em altas temperaturas e pressões, garantindo uma força de vedação estável por vários anos. Algumas juntas de alto desempenho são projetadas até mesmo com uma estrutura autoapertável.
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