Trocadores de calor de placas existem em muitas aplicações industriais e usam 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 em espiral contendo um fluido que passa por uma câmara contendo outro fluido), porque o fluido que está sendo resfriado tem uma área de superfície de contato maior, o que otimiza a transferência de calor e aumenta muito a taxa de mudança de temperatura.
Em vez de serpentinas passando pelas câmaras, em um trocador de calor de placas, há duas câmaras alternadas, geralmente de profundidade fina, separadas por placas de metal corrugadas em suas maiores superfícies. A câmara é fina, pois isso garante que a maior parte do volume do líquido esteja em contato com a placa, auxiliando na troca de calor.
Essas placas de troca de calor tradicionalmente são fabricadas usando estampagem ou usinagem convencional, como 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 muito precisas em lotes, mas esse processo requer um nível muito alto de investimento inicial, é limitado a materiais condutores, consome muita energia, o projeto e a fabricação de ferramentas são difíceis, e a corrosão da peça de trabalho em máquinas-ferramentas e acessórios sempre foi uma dor de cabeça.
Frequentemente, ambos os lados de um trocador de calor de placas contêm características extremamente complexas que às vezes estão além das capacidades de estampagem e usinagem, mas são facilmente obtidas usando PCE. Além disso, o PCE pode gerar características em ambos os lados da placa simultaneamente, economizando 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 do processo, o PCE oferece uma alternativa atraente para estampagem e usinagem em aplicações de chapa metálica. Usando fotorresistência e agente de corrosão para processar quimicamente áreas selecionadas com precisão, o processo apresenta propriedades de material preservadas, peças sem rebarbas e tensões, com contornos limpos e sem zonas afetadas pelo calor. Além disso, o meio de corrosão fluido cria uma estrutura ideal para o meio de resfriamento fluido usado na chapa. Essas estruturas não têm cantos e bordas suscetíveis à corrosão.
Combinado com o fato de que o PCE usa ferramentas digitais ou de vidro de baixo custo e facilmente repetíveis, ele fornece uma alternativa de fabricação rápida, de alta precisão e econômica às técnicas tradicionais de usinagem e estampagem. Isso significa economia de custos significativa na produção de ferramentas de protótipo e, diferentemente das técnicas de estampagem e usinagem, não há desgaste de ferramentas nem custos associados ao novo corte de aço.
A usinagem e a estampagem podem produzir resultados menos que perfeitos no metal na linha de corte, muitas vezes deformando o material que está sendo usinado e deixando rebarbas, zonas afetadas pelo calor e camadas remodeladas. Além disso, eles se esforçam para atender à resolução de detalhes necessária para peças de metal 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 estampagem são, em muitos casos, inadequadas, enquanto o corte a laser e a água levam a níveis desproporcionais e inaceitáveis ​​de deformação térmica e fragmentação do material, respectivamente. Embora o PCE possa ser usado em uma variedade de espessuras de metal, um atributo essencial é que ele pode trabalhar em chapas metálicas mais finas, como as usadas em trocadores de calor de placas, sem comprometer a planura, o que é essencial para a integridade do conjunto. importante.
Uma área importante onde as placas são usadas é em aplicações de células de combustível feitas de aço inoxidável, alumínio, níquel, titânio, cobre e uma variedade de ligas especiais.
Descobriu-se que placas de metal em células de combustível têm muitas vantagens sobre outros materiais. Ao mesmo tempo, elas são muito fortes, oferecem excelente condutividade elétrica para melhor resfriamento, podem ser fabricadas extremamente finas usando corrosão, resultando em pilhas mais curtas, e não têm acabamento de superfície direcional dentro do canal. As placas podem ser formadas e os canais criados ao mesmo tempo e, como mencionado acima, nenhuma tensão térmica é criada no metal, garantindo planura absoluta.
O processo PCE garante tolerâncias repetíveis em todas as dimensões da placa principal, incluindo profundidade das vias aéreas e geometria do coletor, e pode fabricar peças de acordo com especificações rigorosas de queda de pressão.
Outras indústrias que usam chapas gravadas quimicamente incluem motores lineares, aeroespacial, petroquímica e indústrias químicas. Após a fabricação, as placas são empilhadas e soldadas por difusão ou brasadas para formar o núcleo do trocador de calor. Os trocadores de calor acabados podem ser até seis vezes menores do que os trocadores de calor tradicionais de "casco e tubo", proporcionando excelentes vantagens de espaço e peso.
Os trocadores de calor produzidos usando PCE também são muito robustos e eficientes, capazes de suportar uma pressão de 600 bar enquanto se adaptam a uma faixa de temperatura de criogenia a 900 graus Celsius. É possível combinar mais de dois fluxos de processo em uma unidade e atender aos requisitos de tubulação e válvulas que são bastante reduzidos. A reação e a mistura também podem ser integradas ao projeto do trocador de calor de placas, adicionando funcionalidade de forma econômica em uma única unidade.
Os requisitos atuais para dissipação de calor eficiente e com economia de espaço apresentam enormes desafios para muitos engenheiros de desenvolvimento. A miniaturização de muitos componentes na tecnologia elétrica e de microssistemas cria os chamados pontos quentes térmicos, que exigem dissipação de calor ideal para garantir uma longa vida útil.
Usando PCE 2D e 3D, microcanais com larguras e profundidades definidas podem ser fabricados em trocadores de calor para a seleção de meios de dissipação de calor na menor área. Quase não há limite para os possíveis projetos de canais.
Além disso, como o processo de gravação inspira inovação de design e liberdade geométrica, o fluxo turbulento, em oposição ao fluxo laminar, pode ser promovido por meio do uso de bordas e profundidades de canais ondulados. O fluxo turbulento no meio de resfriamento significa que o refrigerante em contato com a fonte de calor está constantemente mudando, o que torna a troca de calor mais eficiente. Essas ondulações e irregularidades em microcanais em trocadores de calor são facilmente produzidas por PCE, mas não são possíveis ou têm custo proibitivo de serem produzidas usando processos de fabricação alternativos.
A especialista em PCE micrometal GmbH usa ferramentas optoeletrônicas com preços competitivos para produzir peças de alta qualidade com alto grau de precisão repetível.
Placas de microcanais individuais podem ser fixadas (por exemplo, por soldagem por difusão) a várias geometrias 3D. A Micrometal usa uma rede de parceiros experientes que dá aos clientes a opção de comprar placas de microcanais individuais ou blocos de trocadores de calor de microcanais integrais.
Uma substância com propriedades metálicas e composta de dois ou mais elementos químicos, dos quais pelo menos um é 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 pressurizado ou outros gases. Devido à sua capacidade de absorver grandes quantidades de calor, a água é amplamente utilizada como refrigerante e transportadora para vários compostos de corte, e a proporção de água para composto varia de acordo com a tarefa de usinagem. Consulte fluido de corte; fluido de corte semissintético; fluido de corte 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 partes. 2. Um átomo ou molécula se move espontaneamente para um novo local dentro do material.
Uma operação na qual a corrente elétrica flui entre uma peça de trabalho e uma ferramenta condutora através de um eletrólito. Inicia uma reação química que dissolve o metal da peça de trabalho a uma taxa controlada. Diferentemente dos métodos de corte convencionais, a dureza da peça não é um fator, tornando o ECM adequado para materiais difíceis de usinar. Na forma de retificação eletroquímica, brunimento eletroquímico e torneamento eletroquímico.
Funcionalmente o mesmo que um motor rotativo em uma máquina-ferramenta, um motor linear pode ser considerado um motor rotativo de ímã permanente padrão, cortado axialmente no centro, depois desmontado e colocado plano. A principal vantagem de usar motores lineares para acionar o movimento do eixo é que ele elimina as ineficiências e diferenças mecânicas causadas pelos sistemas de montagem de parafusos de esferas usados ​​na maioria das máquinas-ferramentas CNC.
Componentes mais espaçados na textura da superfície. Inclua todas as irregularidades com espaçamento maior que a configuração de corte do instrumento. Consulte Fluxo; Mentira; Rugosidade.
O Dr. Michael J. Hicks é diretor do Centro de Pesquisa Econômica e Empresarial e professor emérito de Economia George e Francis Ball na Miller School of Business da Ball State University. Hicks recebeu 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.