Экспериментальный анализ структурного, теплового и гидродинамического поведения теплообменников с прокладками.

Trocadores de calor de placas gaxetadas (GPHEs) são amplamente utilizados na indústria petroquímica, alimentícia e têxtil. Devido aos gradientes de pressão e temperatura entre as placas, os trocadores gaxetados falham principalmente devido a expulsão da gaxeta. Existem poucos relatos sobre os modos de falha e análise estrutural desse tipo de equipamento na literatura especializada, sendo dada maior ênfase na análise de desempenho térmico e hidrodinâmico. Este trabalho tem como proposta avaliar o comportamento estrutural, térmico e hidrodinâmico de trocadores de calor gaxetados por meio de análises experimentais e teóricas. Medições de deformação por extensômetros ocorreram durante a montagem do equipamento e nas condições de operação. A avaliação levou em consideração diferentes materiais das placas (aço inoxidável 316L e Titânio Grau 1), espessuras (0,5, 0,6, 0,7 mm), ângulos de chevron (placas L e H) e distâncias de aperto. Avaliando o acoplamento térmico e mecânico, constata-se que nas placas mais finas (0,5 mm), as contribuições mecânicas predominam. Em contrapartida, em placas mais espessas, as contribuições térmicas se tornam mais proeminentes. Globalmente, o cenário mais desafiador persiste nas placas mais finas. O comportamento térmico e hidrodinâmico esperado devido às geometrias de placas H e L foi observado: os números de Nusselt e os fatores de atrito aumentaram com o aumento dos ângulos de Chevron. Para canais H, o número de Nusselt aumentou com a diminuição das distâncias de aperto, o aumento das razões de aspecto das ondulações e a diminuição das espessuras das placas. O fator de atrito é claramente afetado pela diferença de pressão na entrada entre os ramais frios e quentes, especialmente para os canais H. Os fatores de atrito diminuem com o aumento das distâncias de aperto e das espessuras das placas, aumentando consideravelmente quando existe diferença de pressão entre os ramais. Os resultados deste estudo revelam que o procedimento de montagem de um GPHE é o ponto de maior demanda mecânica durante a vida útil do equipamento. A versatilidade desse equipamento, que permite desmontagem e reconfiguração, também o expõe a tensões que ultrapassam os limites de escoamento. No entanto, o aumento da espessura das placas pode mitigar esses efeitos, ao passo que investir em placas mais espessas pode ser um ponto chave para melhorar a durabilidade e a confiabilidade dos trocadores de calor a placas gaxetadas.