Lorsqu’il s’agit de choisir et d’acheter un échangeur de chaleur, il existe de nombreuses options sur le marché et votre entreprise doit se doter d’équipements pouvant répondre efficacement à ses besoins. Voici quelques informations utiles sur les échangeurs de chaleur à plaques et comment ils peuvent affecter votre projet de brasserie.
Qu'est-ce qu'un échangeur à plaques?
Dans sa forme la plus élémentaire, un échangeur de chaleur à plaques est constitué de tôles ondulées comprimées dans un cadre. Les fluides chauds et froids circulent de chaque côté de la plaque et transfèrent la chaleur dans un arrangement complet de flux à contre-courant. Chaque plaque est équipée d’un double système d’étanchéité qui maintient le fluide entre les canaux. Les plaques ondulées créent des turbulences dans le fluide lorsqu’il s’écoule à travers le dispositif, et ces turbulences confèrent à l’échangeur de chaleur à plaques un coefficient de transfert de chaleur efficace.
Le fonctionnement de l’échangeur de chaleur à plaques se caractérise par une efficacité de transfert de chaleur élevée, une taille compacte, une conception flexible, moins de construction (en raison de la turbulence des plaques) et de faibles coûts de cycle de vie. Les coefficients de transfert de chaleur typiques pour les échangeurs de chaleur à plaques peuvent être quatre à cinq fois plus élevés que pour les conceptions à coque et à tube. La zone de transfert de chaleur compacte dans l’échangeur de chaleur à plaques se traduit par une conception efficace avec des exigences d’espace aussi faibles que 10 % des conceptions typiques à calandre et tube. Certaines conceptions sont modulaires, ce qui permet de changer chaque partie de l’échangeur de chaleur à plaques selon les besoins. Avec ces conceptions, les utilisateurs peuvent ajouter ou retirer des cartes sur le terrain pour de nouvelles tâches, ou même modifier les composants du cadre pour répondre aux exigences de capacité accrues.
Le principe de fonctionnement de l'échangeur de chaleur à plaques
La théorie du transfert de chaleur entre un milieu et un fluide se produit lorsque:
- La chaleur est toujours transférée du milieu chaud au milieu froid.
- Il doit toujours y avoir une différence de température entre les fluides.
- La chaleur perdue par le milieu chaud est égale à la chaleur gagnée par le milieu froid.
Application de l'échangeur de chaleur à plaques
De plus, la pratique courante pour l’utilisation d’échangeurs de chaleur à plaques consiste à utiliser des échangeurs de chaleur à plaques comme séparateurs dans les systèmes de chauffage central pour protéger les équipements coûteux tels que les chaudières commerciales. Les échangeurs à plaques sont utilisés dans ces systèmes pour scinder le système de chauffage central en deux circuits, l’un dédié à la chaudière et l’autre au radiateur et aux équipements associés. Le concept général derrière une panne du système de chauffage central est de diviser le chauffage en deux circuits afin que tout sédiment flottant dans l’ancien système de chauffage n’endommage pas ou ne raccourcisse pas la durée de vie d’une chaudière coûteuse.
Types d'échangeurs de chaleur à plaques
- Échangeurs de chaleur à plaques et joints: utilisez des joints et des conceptions de haute qualité pour sceller les plaques ensemble et éviter les fuites. Les plaques peuvent être facilement retirées pour le nettoyage, l’expansion ou le remplacement, ce qui réduit considérablement les coûts de maintenance.
- Échangeur de chaleur à plaques brasées: Ce type d’échangeur de chaleur est utilisé dans de nombreuses applications industrielles et de réfrigération. L’échangeur de chaleur est constitué de plaques en acier inoxydable brasées avec du cuivre, ce qui lui confère une haute résistance à la corrosion. Les échangeurs de chaleur à plaques brasées sont efficaces et compacts, ce qui en fait un excellent choix économique.
- Échangeur de chaleur à plaques soudées: Ce type d’échangeur de chaleur est similaire à un échangeur de chaleur à plaques à joint, mais ses plaques sont soudées ensemble. Cet échangeur de chaleur est extrêmement durable et idéal pour le transport de fluides à haute température ou de matériaux corrosifs. Étant donné que les plaques sont soudées ensemble, le nettoyage mécanique des plaques n’est pas une option pour les échangeurs de chaleur à plaques et à châssis.
- Échangeur de chaleur à plaques semi-soudées: Cet échangeur de chaleur est un mélange de plaques soudées et de joints. Ils sont constitués de deux plaques par paires soudées ensemble, qui sont ensuite scellées à l’autre paire de plaques. Ainsi, un trajet de fluide de l’échangeur de chaleur à plaques semi-soudées est soudé et l’autre trajet de fluide est scellé. Il en résulte un échangeur de chaleur à plaques semi-soudées qui est facile à entretenir d’un côté, tandis que l’autre côté peut transmettre des fluides plus intenses. Les échangeurs de chaleur à plaques semi-soudées sont idéaux pour transférer des matériaux coûteux car ils présentent un très faible risque de perte de fluide.
Avantages des échangeurs de chaleur à plaques
- Coefficient de transfert de chaleur élevé: Pour le même fluide, l’efficacité de transfert de chaleur de l’échangeur de chaleur à plaques est beaucoup plus élevée que celle de l’échangeur de chaleur à calandre et tube.
- Faible coût: faible investissement en capital, faibles coûts d’installation, maintenance et coûts d’exploitation limités.
- Conception compacte: Parce que l’échangeur de chaleur à plaques a un coefficient de transfert de chaleur élevé, il a la même capacité thermique que l’échangeur de chaleur à calandre et à tube, et la taille est de 20% de l’échangeur de chaleur à calandre et à tube.
- Entretien et nettoyage faciles: Les échangeurs de chaleur à plaques peuvent être démontés individuellement pour un nettoyage et un entretien faciles.
- Extension facile de la capacité: En raison de la conception unique de l’échangeur de chaleur à plaques, il est facile d’ajouter ou de retirer des plaques pour augmenter ou réduire leur capacité de transfert de chaleur.
- Contrôle de la température: Les échangeurs de chaleur à plaques fonctionnent bien avec une petite différence de température entre les fluides chauds et froids.
- Haute fiabilité: faible consommation d’énergie dans la plupart des processus et capacité à réduire la saleté, le stress, l’usure et la corrosion.
Inconvénients des échangeurs de chaleur à plaques
- Potentiel de fuites: bien que la conception des échangeurs de chaleur à plaques permette de serrer fermement les plaques et les joints entre elles, il existe encore un plus grand potentiel de fuites par rapport aux échangeurs de chaleur à coque et à tube.
- Perte de charge plus élevée: des passages étroits pour l’écoulement du fluide entraînent un coefficient de transfert de chaleur global élevé, mais également une perte de charge plus élevée, nécessitant des coûts de pompage plus élevés que les échangeurs de chaleur à calandre.
- Ne convient pas pour une grande différence de température de fluide: En cas de grande différence de température entre les deux fluides, l’échangeur à plaques ne fonctionne pas aussi bien que l’échangeur à calandre.
- Peu efficace à des températures de fluide très élevées: Les joints imposent des limitations de température sur l’échangeur à plaques.
- Utilisation à pression limitée: la pression d’utilisation générale ne dépasse pas 1,5 MPa.
- Petit chemin d’écoulement: ne convient pas à l’échange de chaleur gaz-gaz ou à la condensation de vapeur.
- Incidence élevée de colmatage: dans les situations où il y a des solides en suspension dans le fluide, cela peut obstruer le tuyau.
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