Une usine chimique avait besoin de 12 kW de puissance calorifique pour un bain d'acide de 3 000 litres. La chimie et la température du bain nécessitaient une densité en watts ne dépassant pas 0,9 W/cm² pour maintenir la température de la gaine dans des limites sûres. Le responsable de la maintenance de l'usine s'est demandé si un thermoplongeur en PTFE pouvait fournir 12 kW à cette densité de watts sans être trop grand pour s'adapter au réservoir.
La réponse est oui, mais cela nécessite une approche de conception différente de la sélection de radiateurs standard. Une faible densité de watts et une puissance élevée en kilowatts ne sont pas contradictoires :-elles nécessitent simplement plus de surface. Le défi consiste à adapter cette surface à l’espace disponible du réservoir.
Le besoin en superficie
La relation entre la puissance, la surface et la densité en watts est simple : A=P / WD. Pour 12 kW à 0,9 W/cm², la surface requise est de 13 333 cm². Il s'agit d'une grande surface-environ la taille du pare-brise d'une petite voiture-et elle doit être emballée dans un chauffage qui s'adapte au réservoir.
Un élément chauffant droit standard en PTFE avec un diamètre de gaine de 50 mm fournit environ 157 cm² par 100 mm de longueur chauffée. Pour atteindre 13 333 cm², la longueur chauffée devrait être de 8 500 mm soit 8,5 mètres. Cela ne rentre dans aucun réservoir normal.
| Puissance | Densité en watts | Surface requise | Longueur chauffée (50 mm) | Longueur chauffée (63 mm) |
|---|---|---|---|---|
| 6 kW | 0,9 W/cm² | 6 667 cm² | 4 250 millimètres | 3 370 millimètres |
| 8 kW | 0,9 W/cm² | 8 889 cm² | 5 660 millimètres | 4 490 millimètres |
| 10 kW | 0,9 W/cm² | 11 111 cm² | 7 080 millimètres | 5 610 millimètres |
| 12 kW | 0,9 W/cm² | 13 333 cm² | 8 500 millimètres | 6 730 millimètres |
| 15 kW | 0,9 W/cm² | 16 667 cm² | 10 620 millimètres | 8 410 millimètres |
Exigences en matière de surface et de longueur chauffée pour les radiateurs en PTFE à faible-watt-densité-haute puissance
La solution multipass-
Le problème de surface est résolu en pliant l'élément chauffé dans une configuration multi-passes. Un appareil de chauffage comportant huit passages de 1 000 mm chacun fournit 8 000 mm de longueur chauffée dans un encombrement d'environ 1 000 × 400 mm. Avec un diamètre de gaine de 63 mm, cela fournit environ 15 800 cm² de surface-plus que suffisant pour 12 kW à 0,9 W/cm².
Le nombre de passages et la longueur du passage sont déterminés par l'espace disponible dans le réservoir. Un réservoir plus profond permet des passes plus longues et moins nombreuses. Un réservoir peu profond nécessite des passes plus courtes et plus nombreuses.
| Nombre de passes | Longueur du passage | Longueur totale chauffée | Empreinte (environ) | Surface (63 mm) |
|---|---|---|---|---|
| 4 | 1 000 millimètres | 4 000 millimètres | 1 000 × 250 mm | 7 900 cm² |
| 6 | 1 000 millimètres | 6 000 millimètres | 1 000 × 380 mm | 11 900 cm² |
| 8 | 1 000 millimètres | 8 000 millimètres | 1 000 × 500 mm | 15 800 cm² |
| 10 | 800 millimètres | 8 000 millimètres | 800 × 500 mm | 15 800 cm² |
| 12 | 700 millimètres | 8 400 millimètres | 700 × 500 mm | 16 600 cm² |
Configurations multi-passes pour les radiateurs en PTFE à haute-puissance et faible-watt-densité
Considérations relatives au débit et à l'espacement
Un chauffage à plusieurs-passages comportant de nombreux passages crée un risque d'obscurcissement du flux. Le fluide entre les passes peut stagner, réduisant le transfert de chaleur et créant des points chauds. L'espacement des passes doit être suffisant pour permettre l'écoulement entre les passes.
Un espacement de 30 à 40 mm entre les passes est généralement suffisant pour les bains aqueux à agitation modérée. Pour les fluides visqueux ou les conditions de faible débit-, un espacement plus large de 40 à 50 mm est recommandé. L'espacement augmente l'empreinte au sol du réchauffeur, ce qui doit être pris en compte lors de l'ajustement du réservoir.
| Espacement des passes | Flux entre les passes | Risque de point chaud | Empreinte pour 8 passes |
|---|---|---|---|
| 20 millimètres | Pauvre | Haut | 500 × 400 mm |
| 30 millimètres | Modéré | Modéré | 650 × 400 mm |
| 40 millimètres | Bien | Faible | 800 × 400 mm |
| 50 millimètres | Excellent | Très faible | 950 × 400 mm |
Espacement des passages et son effet sur le débit, le risque de points chauds et l'empreinte au sol
Configuration électrique
Un radiateur de 12 kW à 480 V triphasé-consomme environ 14,4 A par phase. L'élément peut être configuré comme une seule charge triphasée-ou comme plusieurs éléments monophasés-câblés en parallèle. Le boîtier du terminal doit accueillir les conducteurs et les connexions.
Pour un chauffage à passages multiples, l'élément est souvent divisé en plusieurs circuits, chacun avec sa propre paire de bornes. Cela permet au radiateur d'être câblé pour l'alimentation disponible et fournit une certaine redondance en cas de panne d'un circuit.
Lorsque le réservoir ne peut pas accueillir la surface requise
Si le réservoir ne peut pas accueillir la surface requise pour 12 kW à 0,9 W/cm², les options sont de réduire la puissance, d'augmenter la densité en watts (en acceptant une durée de vie plus courte) ou d'utiliser plusieurs radiateurs répartis autour du réservoir.
Plusieurs radiateurs sont souvent la meilleure solution. Deux radiateurs de 6 kW, chacun avec son propre faisceau multi-passes, peuvent être positionnés sur des murs opposés ou dans des coins différents du réservoir. Chaque radiateur fonctionne à 0,9 W/cm² et délivre ensemble 12 kW.
Lorsqu'une configuration personnalisée est la seule option
Un service de 12 kW à 0,9 W/cm² nécessite 13 333 cm² de surface-de plus que n'importe quel thermoplongeur PTFE standard. Une configuration personnalisée de thermoplongeur en PTFE avec huit passes ou plus, un diamètre de gaine de 63 mm et un espacement de 40 mm offre la surface requise dans un réservoir typique de 3 000 litres. Le processus de spécification nécessite les dimensions du réservoir, la composition chimique du bain, la température de fonctionnement, les conditions de débit et la puissance requise.
