Les échangeurs de chaleur fonctionnent par "échange de chaleur" ou "échange d'énergie" en utilisant une série de "plaques" ou de "tubes" (selon le type d'échangeur de chaleur) pour chauffer ou refroidir un liquide. Le liquide est séparé par des plaques (dans un échangeur de chaleur à plaques) ou des tubes (dans un échangeur de chaleur à tubes) ; dans une brasserie, les tuyaux transportent le produit de la bière ou du cidre (tel que le moût) d'un côté et l'eau de l'autre ou le réfrigérant.
Les échangeurs de chaleur à plaques sont utilisés dans l'industrie brassicole pour le transfert de chaleur entre deux fluides. Un échangeur de chaleur est le meilleur moyen de chauffer ou de refroidir un liquide à une température précise. Au fur et à mesure que nous testons le rôle des échangeurs de chaleur dans les brasseries, vous verrez qu'ils feront bientôt partie intégrante de toute opération de brassage. Cet article présente le principe de fonctionnement d'un échangeur de chaleur à plaques utilisé dans l'équipement de brassage.
Qu'est-ce qu'un échangeur de chaleur à plaques ?
Les échangeurs de chaleur à plaques sont utilisés pour transférer l'énergie thermique d'un fluide à un autre. Ces fluides ne se rencontrent jamais car ils sont séparés par l'échangeur de chaleur. Un échangeur de chaleur à plaques est constitué de nombreuses plaques parallèles empilées les unes sur les autres, créant des canaux à travers lesquels le fluide peut circuler. L'espacement entre les deux plaques opposées crée des canaux dans lesquels le fluide peut s'écouler.
Comment est construit un échangeur de chaleur à plaques ?
Un échangeur de chaleur se compose d'une série de plaques parallèles placées l'une sur l'autre de manière à former une série de canaux permettant au fluide de circuler entre elles. Les espaces entre deux plaques adjacentes forment des canaux pour la circulation des fluides.
Les trous d'entrée et de sortie situés dans les coins des plaques permettent aux fluides chauds et froids de passer par des canaux alternés dans l'échangeur de chaleur, de sorte que les plaques sont toujours en contact avec le fluide chaud d'un côté et le fluide froid de l'autre.
La taille des plaques varie de quelques centimètres carrés à l'écoulement. Le nombre de plaques dans un seul échangeur de chaleur varie de dix à plusieurs centaines, ce qui permet d'obtenir une surface d'échange de plusieurs milliers de mètres carrés.
Quel est le principe de fonctionnement d'un échangeur de chaleur à plaques ?
Le principe de fonctionnement d'un échangeur de chaleur à plaques repose sur la circulation à contre-courant de deux fluides. Dans l'industrie brassicole, l'un des liquides est généralement le moût, qui est le liquide extrait du processus de broyage, et l'autre liquide est généralement de l'eau froide ou du glycol. Pendant le brassage, le moût est refroidi à la température souhaitée avec de l'eau froide ou du glycol.
Pendant le brassage, le moût est refroidi à la température souhaitée avec de l'eau froide ou du glycol. L'échangeur de chaleur à plaques se compose de deux canaux principaux, l'un pour le moût et l'autre pour le liquide de refroidissement. Les deux canaux sont séparés par une fine plaque métallique, conçue pour maximiser la capacité de transfert de chaleur entre les deux fluides.
Le moût circule dans les canaux d'un côté de la plaque, tandis que le fluide de refroidissement circule dans les canaux de l'autre côté de la plaque. Les deux fluides circulent en sens inverse, le moût s'écoulant de l'entrée vers la sortie de l'échangeur de chaleur à plaques et le fluide de refroidissement s'écoulant de la sortie vers l'entrée. Comme les deux fluides circulent en sens inverse, la chaleur est transférée entre eux à travers les fines plaques de métal. Le moût cède de la chaleur au liquide de refroidissement, qui l'absorbe et l'évacue.
Dans un échangeur de chaleur à plaques, le flux est diagonal. Alors que le liquide chaud entre par le haut et sort par le bas, le liquide froid entre par le bas et sort par le haut. Ainsi, l'efficacité atteint le niveau le plus élevé.
Différents types d'échangeurs de chaleur à plaques
- Échangeurs de chaleur à plaques brasées : Pour la réfrigération et les applications industrielles
- Échangeurs de chaleur à plaques avec joints : Convient à de nombreuses industries telles que le chauffage, la ventilation et la climatisation, l'alimentation, la brasserie et les produits pharmaceutiques.
- Échangeurs de chaleur à plaques soudées : utilisés dans les industries pétrolière, gazière et chimique.
- Échangeur de chaleur à plaques semi-soudées : Combine l'utilisation de plaques soudées et de joints. L'échangeur de chaleur est constitué de deux séries de plaques soudées ensemble.
Avantages des échangeurs de chaleur à plaques
- Efficacité : Les échangeurs de chaleur à plaques transfèrent la chaleur entre deux fluides, ce qui les rend idéaux pour l'industrie brassicole, où un contrôle précis de la température est essentiel.
- Taille compacte : L'échangeur de chaleur à plaques est compact et facile à installer et à utiliser dans les équipements de brassage.
- Facilité de nettoyage : La conception de l'échangeur de chaleur à plaques permet un nettoyage facile, ce qui est important dans l'industrie brassicole, car la propreté est essentielle au maintien de la qualité du produit.
- Rentabilité : Les échangeurs de chaleur à plaques sont rentables, ce qui en fait un choix populaire pour les petites et moyennes brasseries.
L'échangeur de chaleur le mieux adapté aux brasseries
Quel est donc le meilleur échangeur de chaleur ? Cela dépend de plusieurs facteurs.
Plusieurs types d'échangeurs de chaleur peuvent convenir, mais les plus adaptés aux brasseries sont les échangeurs de chaleur à plaques ou les échangeurs de chaleur à tubes.
L'une des considérations liées à l'utilisation d'échangeurs de chaleur dans les brasseries est que les boissons contiennent souvent beaucoup de sédiments. Avec des éléments tels que la levure, le moût, les grains d'orge et d'autres sédiments, les échangeurs de chaleur sont susceptibles de développer des dépôts qui obstrueront l'échangeur de chaleur - mais les échangeurs de chaleur à plaques et à tubes peuvent être entretenus, nettoyés et bénéficier d'un service de maintenance.
Échangeur de chaleur à plaques
Les échangeurs de chaleur à plaques conviennent aux brasseries. Les brasseurs peuvent prendre des mesures pour réduire la décantation, par exemple en faisant tourbillonner le mélange et en laissant tout se décanter avant le traitement, ou en veillant à ne pas heurter les ingrédients avant le pompage. Les réparations des échangeurs de chaleur à plaques sont également plus faciles car ils peuvent être démontés dans un espace réduit, alors que les échangeurs de chaleur à tubes et à calandre nécessitent plus d'espace pour être réparés.
Échangeur de chaleur à tubes
De nombreux brasseurs préfèrent les échangeurs de chaleur à tubes, qui sont moins susceptibles d'être obstrués par des sédiments. En fait, les échangeurs de chaleur à tubes sont conçus pour traiter des liquides qui contiennent beaucoup de sédiments (comme la bière), de sorte qu'il y a peu de risque de colmatage d'un échangeur de chaleur à faisceau tubulaire. Ils sont également faciles à nettoyer sur place, car il suffit de retirer les capuchons des vannes aux deux extrémités, de brosser les tubes et de les vaporiser avant de réassembler l'échangeur de chaleur. Pour beaucoup, il s'agit du premier choix. Il n'y a pas de risque de colmatage des échangeurs de chaleur à faisceau tubulaire.
Matériau
Il faut également tenir compte du matériau qui convient le mieux à vos besoins : plaques de titane ou acier inoxydable ? L'ingénieur qui sélectionne l'échangeur de chaleur avec vous sera en mesure de vous dire ce qui convient le mieux à vos besoins.