Os trocadores de calor de placas existem em muitas aplicações industriais e utilizam principalmente placas de metal para transferir calor entre dois fluidos.
Seu uso está crescendo rapidamente porque eles superam os trocadores de calor tradicionais (geralmente um tubo espiralado contendo um fluido que passa por uma câmara contendo outro fluido), pois o fluido a ser resfriado tem uma área de contato maior, o que otimiza a transferência de calor e aumenta consideravelmente a taxa de variação de temperatura.
Em vez de serpentinas passando pelas câmaras, em um trocador de calor de placas, existem duas câmaras alternadas, geralmente de pequena profundidade, separadas por placas de metal corrugadas em suas maiores superfícies. A câmara é fina, pois isso garante que a maior parte do volume de líquido esteja em contato com a placa, auxiliando na troca de calor.
Tradicionalmente, essas placas de troca de calor têm sido fabricadas por estampagem ou usinagem convencional, como a estampagem profunda, mas recentemente a gravação fotoquímica (PCE) provou ser a técnica de fabricação mais eficiente e econômica disponível para essa aplicação rigorosa. A usinagem eletroquímica (ECM) é outra tecnologia alternativa que pode fabricar peças de alta precisão em lotes, mas esse processo requer um investimento inicial muito alto, é limitado a materiais condutores, consome muita energia, o projeto e a fabricação de ferramentas são complexos e a corrosão das ferramentas e dispositivos de fixação das peças sempre foi um problema.
Frequentemente, ambos os lados de um trocador de calor de placas contêm características extremamente complexas que, por vezes, ultrapassam as capacidades de estampagem e usinagem, mas que são facilmente obtidas utilizando a Engenharia de Placas por Contraste (PCE). Além disso, a PCE pode gerar características em ambos os lados da placa simultaneamente, economizando um tempo significativo, e o processo pode ser aplicado a uma variedade de metais diferentes, incluindo aço inoxidável, Inconel 617, alumínio e titânio.
Devido a algumas características inerentes ao processo, a PCE oferece uma alternativa atraente para estampagem e usinagem em aplicações de chapas metálicas. Utilizando fotorresistente e agente de corrosão para processar quimicamente com precisão áreas selecionadas, o processo preserva as propriedades do material, resultando em peças sem rebarbas e tensões residuais, com contornos limpos e sem zonas afetadas pelo calor. Além disso, o meio de corrosão fluida cria uma estrutura ideal para o fluido de refrigeração utilizado na chapa. Essas estruturas não possuem cantos ou bordas suscetíveis à corrosão.
Aliado ao fato de que a PCE utiliza ferramentas digitais ou de vidro de baixo custo e fácil reprodução, ela oferece uma alternativa de fabricação rápida, precisa e com boa relação custo-benefício em comparação às técnicas tradicionais de usinagem e estampagem. Isso significa economia significativa na produção de ferramentas protótipo e, diferentemente das técnicas de estampagem e usinagem, não há desgaste da ferramenta nem custos associados ao recorte do aço.
A usinagem e a estampagem podem produzir resultados imperfeitos em metais na linha de corte, frequentemente deformando o material usinado e deixando rebarbas, zonas afetadas pelo calor e camadas refundidas. Além disso, buscam atender à resolução de detalhes exigida para peças metálicas menores, mais complexas e mais precisas, como placas de troca de calor.
Outro fator a ser considerado na seleção do processo é a espessura do material a ser usinado. Os processos tradicionais frequentemente encontram dificuldades quando aplicados ao processamento de metais finos; a estampagem e a prensagem são, em muitos casos, inadequadas, enquanto o corte a laser e o corte a jato de água levam a níveis desproporcionais e inaceitáveis ​​de deformação térmica e fragmentação do material, respectivamente. Embora a usinagem por contato de fase (PCE) possa ser usada em uma variedade de espessuras de metal, um atributo fundamental é que ela pode trabalhar com chapas metálicas mais finas, como as usadas em trocadores de calor de placas, sem comprometer a planicidade, que é crucial para a integridade da montagem.
Uma área fundamental onde as placas são utilizadas é em aplicações de células a combustível feitas de aço inoxidável, alumínio, níquel, titânio, cobre e uma variedade de ligas especiais.
As placas metálicas em células a combustível apresentam muitas vantagens em relação a outros materiais. Ao mesmo tempo, são muito resistentes, oferecem excelente condutividade elétrica para melhor refrigeração, podem ser fabricadas em espessuras extremamente finas por meio de corrosão, resultando em conjuntos mais curtos, e não possuem acabamento superficial direcional dentro do canal. As placas podem ser formadas e os canais criados simultaneamente e, como mencionado anteriormente, não há geração de tensão térmica no metal, garantindo planicidade absoluta.
O processo PCE garante tolerâncias repetíveis em todas as dimensões principais da placa, incluindo a profundidade da passagem de ar e a geometria do coletor, e permite fabricar peças com especificações rigorosas de queda de pressão.
Outras indústrias que utilizam chapas gravadas quimicamente incluem as de motores lineares, aeroespacial, petroquímica e química. Após a fabricação, as placas são empilhadas e unidas por difusão ou brasagem para formar o núcleo do trocador de calor. Os trocadores de calor finalizados podem ser até seis vezes menores do que os trocadores de calor tradicionais de "casco e tubo", proporcionando excelentes vantagens em termos de espaço e peso.
Os trocadores de calor produzidos com PCE também são muito robustos e eficientes, capazes de suportar uma pressão de 600 bar e se adaptar a uma faixa de temperatura que vai de criogênica a 900 graus Celsius. É possível combinar mais de dois fluxos de processo em uma única unidade, atendendo aos requisitos de tubulação e válvulas, que são significativamente reduzidos. Reações e misturas também podem ser integradas ao projeto do trocador de calor de placas, adicionando funcionalidades em uma única unidade de forma econômica.
As exigências atuais por dissipação de calor eficiente e compacta representam enormes desafios para muitos engenheiros de desenvolvimento. A miniaturização de muitos componentes em tecnologia elétrica e de microssistemas cria os chamados pontos quentes térmicos, que exigem dissipação de calor otimizada para garantir uma longa vida útil.
Utilizando PCE 2D e 3D, microcanais com larguras e profundidades definidas podem ser fabricados em trocadores de calor para a seleção de fluidos de dissipação de calor em uma área mínima. Não há praticamente limite para os possíveis designs de canais.
Além disso, como o processo de corrosão inspira inovação de design e liberdade geométrica, o fluxo turbulento, em oposição ao fluxo laminar, pode ser promovido através do uso de bordas e profundidades onduladas nos canais. O fluxo turbulento no fluido refrigerante significa que o fluido em contato com a fonte de calor está em constante mudança, o que torna a troca de calor mais eficiente. Essas ondulações e irregularidades em microcanais de trocadores de calor são facilmente produzidas por PCE, mas não são possíveis ou têm um custo proibitivo de serem produzidas usando processos de fabricação alternativos.
A micrometal GmbH, especialista em PCE, utiliza ferramentas optoeletrônicas com preços competitivos para produzir peças de alta qualidade com um elevado grau de precisão repetível.
Placas de microcanais individuais podem ser fixadas (por exemplo, por soldagem por difusão) a diversas geometrias 3D. A micrometal utiliza uma rede de parceiros experientes que oferece aos clientes a opção de adquirir placas de microcanais individuais ou blocos integrais de trocadores de calor de microcanais.
Uma substância com propriedades metálicas e constituída por dois ou mais elementos químicos, sendo pelo menos um deles um metal.
Reduz o aumento da temperatura do fluido na interface ferramenta/peça durante a usinagem. Geralmente em forma líquida, como misturas solúveis ou químicas (semissintéticas, sintéticas), mas também pode ser ar comprimido ou outros gases. Devido à sua capacidade de absorver grandes quantidades de calor, a água é amplamente utilizada como fluido de corte e veículo para diversos compostos de corte, e a proporção de água para composto varia de acordo com a tarefa de usinagem. Veja fluido de corte; fluido de corte semissintético; fluido de corte à base de óleo solúvel; fluido de corte sintético.
1. A distribuição de um componente em um gás, líquido ou sólido que tende a tornar a composição uniforme em todas as suas partes. 2. Um átomo ou molécula que se move espontaneamente para um novo local dentro do material.
Uma operação na qual uma corrente elétrica flui entre uma peça de trabalho e uma ferramenta condutora através de um eletrólito. Isso inicia uma reação química que dissolve o metal da peça de trabalho a uma taxa controlada. Ao contrário dos métodos de corte convencionais, a dureza da peça de trabalho não é um fator determinante, tornando a usinagem eletroquímica (ECM) adequada para materiais de difícil usinagem. A ECM pode ser realizada por meio de retificação eletroquímica, brunimento eletroquímico e torneamento eletroquímico.
Funcionalmente semelhante a um motor rotativo em uma máquina-ferramenta, um motor linear pode ser considerado um motor rotativo de ímã permanente padrão, cortado axialmente ao meio, desmontado e disposto horizontalmente. A principal vantagem de usar motores lineares para acionar o movimento dos eixos é a eliminação das ineficiências e diferenças mecânicas causadas pelos sistemas de fusos de esferas usados ​​na maioria das máquinas-ferramenta CNC.
Componentes com espaçamento maior na textura da superfície. Inclui todas as irregularidades com espaçamento maior que o ajuste de corte do instrumento. Consulte Fluxo; Inclinação; Rugosidade.
O Dr. Michael J. Hicks é Diretor do Centro de Pesquisa Empresarial e Econômica e Professor Titular de Economia George e Francis Ball na Escola de Negócios Miller da Universidade Ball State. Hicks obteve seu doutorado e mestrado em Economia pela Universidade do Tennessee e bacharelado em Economia pelo Instituto Militar da Virgínia. Ele é autor de dois livros e mais de 60 publicações acadêmicas com foco em políticas públicas estaduais e locais, incluindo políticas tributárias e de gastos e o impacto do Walmart nas economias locais.