Juntas para trocadores de calor de placas: do que são feitos?

Os trocadores de calor de placas (PHEs) são dispositivos compactos que transferem calor entre dois fluidos através de uma pilha de placas finas de metal. Em umTrocador de calor de placaCada placa tem ranhuras que seguram uma junta elastomérica, e as placas são fixadas juntas em um quadro. Este projeto força os dois fluidos a fluir em canais alternados (muitas vezes contra-corrente), maximizando a diferença de temperatura e a eficiência de transferência de calor. As juntas evitam vazamentos e mantêm os fluidos quentes e frios separados.

O PHE é usado em muitas indústrias - deHVAC Refrigeração e paraProcessamento químico E entãoProdução de Alimentos / Bebidas. Em aplicações higiênicas (laticínios, alimentos, bebidas, produtos farmacêuticos), as juntas devem atender aos padrões rigorosos de limpeza e da FDA (grade alimentar). A escolha do material da junta afeta não apenas o desempenho da vedação, mas também a confiabilidade a longo prazo. Os materiais comuns de gafas incluemEPDM (monômero de etileno-propileno - dieno),NBR (borracha nitril-butadieno) eViton ® (fluoroelastômero, FKM). Cada um tem diferentes limites de temperatura e compatibilidade química.

Papel das juntas em trocadores de calor de placas

As juntas servem como a vedação entre cada par de placas.À medida que os fluidos entram no pacote de placas através das portas de entrada, as juntas garantem que eles permaneçam em seus canais apropriados e saem através das saídas corretas. Ao criar uma vedação hermética, as juntas mantêm os dois fluidos completamente separados e impedem qualquer mistura. Esta separação é crucial: qualquer vazamento ou contaminação cruzada reduziria drasticamente a eficiência térmica e poderia arruinar a qualidade do produto.

Juntas de nitril / EPDM / Viton para manutenção fácil.

Um esquema de corte de um trocador de calor de placas gaffed. Os canais vermelhos e azuis alternados mostram os fluxos de fluido quente e frio, separados por juntas elastoméricas (cinza escuro) entre cada placa. A pilha de placas é presa por parafusos e apoiada por barras de transporte.

Além da vedação, as juntas protegem as bordas da placa de detritos e produtos químicos de limpeza. Um material de junta bem escolhido resiste à incrustação e às soluções cáusticas ou ácidas usadas em procedimentos de limpeza. De fato, as juntas ajudam a manter passagens de fluxo limpas e a prolongar a vida útil do equipamento, minimizando a manutenção e o tempo de inatividade. Sem juntas confiáveis, um trocador de placas perde rapidamente a eficiência ou precisa de manutenção frequente não programada.

Material de vedação do trocador de calor de placa

As juntas do trocador de calor de placa são tipicamente feitas de uma das três famílias de elastômeros. Cada um é escolhido com base nos fluidos e condições que ele deve suportar:

EPDM (Ethylene-Propylene - Diene Monomer) (em inglês) - O EPDM é uma borracha sintética valorizada pela sua resistência ao calor, água e vapor. Geralmente, pode lidar com temperaturas de serviço de cerca de -25 °C até aproximadamente 150 - 180 °C. O EPDM resiste à água quente, vapor, muitos ácidos e álcalis (exceto oxidantes fortes) e até mesmo ao ozônio ou à luz solar. Isso o torna comum em aquecimento de água quente, vapor de baixa pressão, refrigeração (loops de glicol) e processos sanitários (alimentos / laticínios). No entanto, o EPDM é atacado por óleos de petróleo e solventes orgânicos - ele vai inchar e se deteriorar se exposto a combustíveis.

NBR (Nitrilo-Butadieno Rubber) - Nitril (Buna-N) é apreciado por sua resistência ao óleo e combustível. Ele permanece estável e elástico de cerca de -15 °C até cerca de 110 - 140 °C. As juntas de NBR são tipicamente usadas quando os fluidos incluem óleos, combustíveis, lubrificantes ou refrigerantes miscíveis em água. Eles selam bem em refrigeradores de óleo de motor, trocadores de calor de óleo hidráulico e sistemas de manipulação de combustível. O NBR pode lidar com água quente e salgada, mas se degrada em ácidos fortes e não pode suportar vapor de alta temperatura.

Viton ® (fluoroelastômero, FKM) - Viton é uma borracha premium com resistência térmica e química excepcional. Ele tolera uma ampla faixa (tipicamente -15 °C até cerca de 180 °C). As juntas da Viton resistem ácidos fortes (por exemplo, ácido sulfúrico), soluções cáusticas (hidróxido de sódio), hidrocarbonetos, combustíveis e óleos de transferência de calor de alta temperatura. Eles são comumente usados em plantas químicas, refinarias e em qualquer lugar onde os fluidos de processo são altamente agressivos. As desvantagens do Viton são o custo e a rigidez mais altos: é mais difícil de comprimir e requer maior força de fixação.

Na prática, a escolha da junta muitas vezes segue os meios de comunicação:

Água quente ou vapor? Utilize o EPDM.

Petróleo ou gasolina? Utilize o NBR.

Químicos duros ou calor muito alto? Utilize o Viton.

A combinação do material da junta com os fluidos evita a degradação prematura e garante uma vedação confiável.

Considerações Técnicas na Seleção de Gasket

Temperatura e Pressão de Projeto:

Cada trocador tem condições de operação máximas. Por exemplo, muitos PHEs com vedação são classificados até ~ 180 ° C e 36 bar. O material da junta deve tolerar a temperatura máxima do processo (com uma margem de segurança). O limite superior do EPDM é ~ 150 - 180 °C, o NBR ~ 110 - 140 °C e o Viton ~ 180 °C. Da mesma forma, a junta deve selar sob a pressão do sistema; pressões muito altas (dezenas de bar) exigem um elastômero durável que não vai extrusão ou vazamento.

Resistência química e compatibilidade com a limpeza: Os trocadores de calor industriais são frequentemente submetidos a limpeza automática com álcalis fortes, ácidos e detergentes. As juntas devem resistir tanto aos fluidos de processo como aos agentes de limpeza. O EPDM tolera muitos limpadores alcalinos e ácidos leves comumente usados na solução de limpeza CIP, bem como lavagens a vapor. O NBR é menos resistente aos limpadores alcalinos / ácidos e é atacado por solventes. Viton pode resistir praticamente a todos os produtos químicos CIP sem danos.

Grau Alimentar e Requisitos Regulatórios Nas aplicações de alimentos, laticínios, bebidas e produtos farmacêuticos, as juntas devem atender aos padrões da FDA ou da UE para o contato com alimentos. Os compostos de EPDM e NBR de grau alimentar (muitas vezes borracha branca ou preta certificada) estão amplamente disponíveis e estão em conformidade com os regulamentos da FDA 21 CFR ou da UE. Graus Viton especializados (por exemplo, FKM branco aprovado pela FDA) também são oferecidos para serviços sanitários. Verifique sempre que o material da junta tenha a certificação de segurança alimentar necessária para a aplicação pretendida.

Estabilidade térmica e mecânica: As juntas são elastômeros e vão envelhecer ao longo do tempo, especialmente sob calor e estresse mecânico. As principais propriedades incluem o conjunto de compressão (deformação permanente após ser apertado) e resistência ao envelhecimento térmico. Elastômeros como EPDM e Viton são formulados para um bom desempenho de envelhecimento; NBR a altas temperaturas pode perder a elasticidade mais rapidamente. A dureza (durômetro) também é importante: as juntas típicas de PHE são de cerca de 60 - 75 Shore A. A forma da junta (clip-on, face inteira, etc.) Deve corresponder ao projeto da placa e permitir a compressão adequada para selar sem extrusão.

Ao combinar cuidadosamente o material da junta com o perfil de operação (temperatura, pressão, produtos químicos e regime de limpeza), se garante que a vedação permaneça apertada e o trocador funcione de forma eficiente.

Comparação de material: EPDM vs NBR vs Viton

A tabela a seguir compara as principais características e aplicações dos três materiais comuns de junta:

Comparação de propriedades típicas e compatibilidade de mídia para materiais de vedação EPDM, NBR e Viton.

EPDM excelentes com água quente e vapor (tornando-o ideal para HVAC ou pasteurization de alimentos),

NBR excelentes com óleos e combustíveis (comum em refrigeradores automotivos ou hidráulicos),

E entãoVitão manipula produtos químicos agressivos e calor elevado (usado em refinarias e usinas químicas). A seleção do material que corresponda aos fluidos e condições do processo evita falhas prematuras e vazamentos de vedação.

Garantindo a eficiência e longevidade

Escolher o material certo de junta é fundamental para uma operação eficiente e duradoura. Uma junta adequadamente combinada mantém sua vedação sob pressão e calor sem degradação rápida. Por exemplo, o uso de EPDM em um aquecedor de óleo faria com que ele inche e vazasse; o uso de NBR com vapor de 150 ° C faria com que ele secasse e rachasse. Ambos os erros levam a paradas não programadas e reparos caros.

Quando uma junta é compatível com os fluidos e produtos químicos de limpeza, o trocador funciona na sua capacidade projetada com vazamento e manutenção mínimas. Tais juntas suportam muitos ciclos térmicos e rotinas de limpeza no local, mantendo a elasticidade. Isso minimiza as perdas de energia (de vazamentos de contorno) e evita a contaminação cruzada de fluidos. Com o tempo, a seleção da junta certa aumenta o tempo de atividade e aumenta os intervalos de manutenção.

Escolha o material certo da junta

As juntas podem parecer partes menores de um trocador de calor de placas, mas são essenciais para sua função. Ao selar as placas, as juntas permitem a transferência de calor compacta e de alta eficiência que os PHEs fornecem. O material certo da junta depende da aplicação: é preciso considerar a temperatura, a pressão, o ambiente químico, os procedimentos de limpeza e as necessidades regulatórias.

Quando corretamente escolhido e mantido, um trocador de calor de placa com vedação funcionará de forma confiável e eficiente por anos.

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