Otimização dos Padrões de Placas para Transferência de Calor Marinha

Apoiado por uma oficina de fabricação de 5.000 m² em Nantong e por mais de 100 engenheiros elétricos e mecânicos, o grupo SME presta serviços ao setor de engenharia offshore e marítima há mais de 20 anos, continuando a oferecer um serviço de alta qualidade e atualizado nesse setor; realizamos mais de 500 trabalhos por ano e fornecemos mais de 1.000 embarcações anualmente. Este blog discutirá o padrão ideal de placa para o trocador de calor de placas, que constitui o coração do sistema marítimo, e explicará como esses padrões ideais proporcionam eficiências térmicas e econômicas superiores mediante uma melhor compreensão do controle do atrito do fluido e do fluxo de calor em nossos sistemas de refrigeração, aquecimento e recuperação de calor residual.

Ângulo em V e seu compromisso entre transferência de calor e queda de pressão

O parâmetro geométrico mais importante no projeto de trocadores de calor de placas (PHE) é o ângulo em zigue-zague (ou ângulo em espinha de peixe). Como sempre, quanto maior o ângulo em zigue-zague (por exemplo, 60° a 75°), maior será a turbulência gerada, resultando num coeficiente de transferência de calor aumentado, mas com um aumento proporcionalmente significativo na queda de pressão e na potência de bombeamento. Por outro lado, ângulos menores (30°–45°) oferecem menor resistência, mas apresentam desempenho térmico inferior. Quando fluidos viscosos, como óleo lubrificante, são utilizados em aplicações marítimas, os trocadores de calor de placas (SME) raramente empregam uma única placa. Até à data, as aplicações dos SME incluem designs híbridos de placas, combinando ângulos elevados para o percurso da água e ângulos reduzidos para o percurso do óleo — ou configurações semelhantes —, de modo a alcançar um desempenho térmico aceitável sem perdas excessivas de pressão. Esse design híbrido representa uma solução globalmente otimizada do ponto de vista térmico-hidráulico, o que é fundamental em projetos de retrofit e novas construções nos quais os SME estão envolvidos.

Profundidade, Passo e Relação de Aspecto da Corrugação

Além do ângulo, a profundidade da corrugação (h), o passo (P) e a relação de aspecto (2b/λ) exercem um efeito direto no desempenho. Quanto mais profundas forem as corrugações, maior será a superfície de transferência de calor e maior será também a separação dos escoamentos, possibilitando o aumento local da transferência de calor por meio da mistura secundária. Contudo, esses parâmetros também elevam o fator de atrito, resultando numa queda de pressão maior. Estudos baseados no método Taguchi para aquecedores marítimos a gás desenvolveram uma relação ótima — por exemplo, caso com diâmetro de corrugação de 6 mm, profundidade de corrugação de 1 mm e inclinação de corrugação de 45°, que apresentou melhoria de 37,41 % no índice de desempenho abrangente (TP) em comparação com o projeto convencional. Essas técnicas de otimização orientadas por dados são empregadas na SME para especificar a geometria das placas conforme as condições operacionais específicas de cada embarcação, evitando assim a perda de benefícios de desempenho térmico devido a custos excessivos de bombeamento.

Padrões Assimétricos e Modificados para Demandas de Fluxo Variável

Fluxo do lado quente: No processo de fluxo do lado quente do sistema marítimo, pode-se tirar proveito do fato de que seu fluxo mássico pode ser significativamente diferente do de outros sistemas; por exemplo, a taxa de fluxo através da água de aquecimento pode atingir múltiplos da taxa de fluxo através de uma torneira de acomodação. Quando isso é feito de forma simétrica em todos os canais de fluxo, o resultado é um aumento geral na queda de pressão no circuito de alto fluxo, sem alterações na resistência mecânica ou na eficiência térmica. Placas de canal de fluxo não uniformes — por exemplo, uma placa com área transversal aumentada em um canal, com profundidade de prensagem reduzida ou cristas variáveis nesse mesmo canal — apresentam perda de pressão reduzida nesse canal maior, dentro dos limites mecanicamente permitidos, e boa capacidade de transferência de calor. Além disso, estudos recentes alcançaram desempenho termo-hidráulico superior em placas em chevron (razão >1 em placas em espinha de peixe separadas), nas quais o efeito do aumento da turbulência na resistência ao fluxo predomina. Essa otimização muito avançada é avaliada pelos engenheiros de SME para navios com cenários operacionais altamente distintos, e as soluções com valor agregado propostas permitirão aos proprietários de navios reduzir o consumo energético.

Geometrias de Superfície Onulada e Inovadora

Estudos realizados nos últimos anos investigaram a possibilidade de substituir os padrões tradicionais em espinha de peixe por placas onuladas (com pontos ondulados) com placas convexas circulares. Utilizando otimização numérica com o método da superfície de resposta, identificaram-se os parâmetros ótimos (diâmetro do ponto ondulado de aproximadamente 5,2 mm, profundidade de 0,9 mm e inclinação de 42°) para alcançar um desempenho máximo (fator JF) 11,92 % superior ao dos designs convencionais em espinha de peixe. Neste design inovador, as geometrias são concebidas para promover turbulência e camada limite térmica, mantendo ainda uma queda de pressão aceitável. A SME continua a acompanhar atentamente esses novos desenvolvimentos e aplica inovações comprovadas, sempre que relevantes, nas soluções de retrofit e novas construções, ajudando os clientes a cumprirem os mais recentes padrões de eficiência e emissões.

Conclusão: Projeto Preciso de Placas para Eficiência Marítima

A otimização dos padrões das placas não é um procedimento operacional padrão e exige um estudo detalhado das propriedades do fluido, das vazões, das quedas de pressão admissíveis e da carga térmica. O Grupo SME é certificado conforme as normas ISO 9001/14001/45001 e oferece mais de duas décadas de experiência em transferência de calor marítima para cada projeto. Nossa rede local garante uma resposta rápida em estaleiros em todo o mundo, especialmente na China continental, permitindo que seus trocadores de calor operem em seu desempenho máximo. A SME oferece-lhe garantia de 12 meses e o compromisso de ir além do simples atendimento às suas necessidades — o compromisso de ajudá-lo a economizar ainda mais energia, graças ao nosso suporte na otimização dos padrões das placas para obter economias mensuráveis de energia. Ligue hoje mesmo para nossos especialistas técnicos para discutir os requisitos específicos de aquecimento da sua embarcação.