L’avenir du chauffage électrique de processus
Le Thermon Quantum Truflow Heater™ symbolise la dernière avancée dans la série des réchauffeurs à circulation de Thermon. Kapp exprime son enthousiasme à l’égard de cette nouvelle technologie, la considérant fièrement comme un bond en avant significatif. Ce réchauffeur offre des performances de transfert de chaleur supérieures à celles des réchauffeurs électriques conventionnels, grâce à la technologie du guide Truflow. Cette innovation réduit le risque de surchauffe en favorisant un flux constant autour des éléments chauffants, facilitant ainsi un refroidissement efficace – un concept que nous appelons « No Tube in Window » (pas de tube dans la fenêtre). Nous sommes ravis de vous fournir une explication détaillée.
DÉFI
Réinventer un concept éprouvé
La conception d’un réchauffeur électrique visant à fournir une puissance spécifique tout en refroidissant efficacement les éléments et transférant cette puissance au processus a toujours été un défi. Par conséquent, les réchauffeurs ont été conçus selon une approche conservatrice afin d’atténuer les risques de points chauds dans les zones à faible débit. Traditionnellement, les réchauffeurs de processus électriques étaient configurés en flux longitudinal, plaçant l’extrémité froide au niveau de la buse d’entrée. Cette conception se caractérisait par un pas relativement important et un petit diamètre de tige sans chicanes, entraînant de faibles vitesses à l’intérieur de l’enveloppe et, par conséquent, un faible transfert de chaleur. Bien que l’utilisation de déflecteurs ait quelque peu amélioré le flux de chaleur admissible, elle a également introduit le risque de points chauds dus aux tourbillons, aux zones mortes et à d’autres répartitions inégales et variations de vitesse. Ces points chauds représentaient non seulement un risque pour le processus, mais réduisaient également de manière significative la durée de vie des éléments. C’est pour ces raisons que Thermon s’est sentie obligée de créer un meilleur concept.
AMBITION
Plus petit et meilleur
En décrivant ces défis, une ambition claire émerge. Reconnaissant le potentiel, l’objectif premier était de développer un réchauffeur électrique compact éliminant les défis associés à la technologie traditionnelle des réchauffeurs à circulation. Un appareil nettement plus petit et plus performant, tel est l’objectif. Les techniques bien connues des échangeurs de chaleur à calandre et à tube ont contribué à la compréhension de l’écoulement dans un tube à chicanes. Comme les zones mortes se situent principalement dans les fenêtres, l’idée est venue d’omettre l’élément chauffant dans ces zones. Bien que cela n’élimine pas les zones mortes, cela permet de s’assurer qu’elles ne posent pas de problèmes. Pour concrétiser cette idée, il restait encore quelques étapes à franchir. Car avoir une idée est une chose : la question de savoir si une telle idée fonctionne devait être résolue à l’aide des outils d’ingénierie modernes à notre disposition.
SOLUTION
Pas de tubes dans la fenêtre
Après avoir commencé, les progrès ont été rapides. Le résultat des efforts a été remarquable. Le Thermon Quantum Truflow Heater est conçu selon le concept « No Tube In Window » (concept NTIW). Ce concept a permis d’obtenir des températures de gaine nettement plus constantes et une conception plus compacte du réchauffeur, éliminant ainsi les points chauds. Cela se traduit non seulement par une amélioration des performances, mais aussi par une prolongation de la durée de vie des éléments et une réduction des risques liés au processus. Essentiellement, le concept NTIW implique l’omission de tubes dans la partie des déflecteurs où il n’y a pas de chevauchement, appelée « fenêtre ». Dans la quête d’un appareil de chauffage efficace, cette conception raffinée de chicane à flux directionnel est apparue indispensable. Elle améliore le transfert de chaleur en réduisant la séparation des phases, en créant des turbulences contrôlées et en évitant les zones stagnantes. Il en résulte des taux de transfert de chaleur plus élevés, une conception compacte de l’appareil de chauffage et une distribution uniforme de la chaleur. L’impact des déflecteurs directionnels est généralement bien connu : ils réduisent les zones mortes et les risques d’encrassement, améliorant l’efficacité du transfert de chaleur tout en réduisant les opérations de nettoyage et d’entretien. Le concept de la NTIW permet de réaliser des économies d’énergie et de réduire les coûts grâce à des différences de température plus faibles (ΔT) entre l’élément chauffant et le fluide de traitement. De plus, notre conception NTIW permet d’augmenter la densité de watt de l’élément sans surchauffe, ce qui permet d’obtenir des réchauffeurs plus petits et plus rentables.
INGÉNIERIE
Mesurer, simuler et tester
Lorsqu’on explore un nouveau concept, il faut s’en tenir aux principes fondamentaux : mesures précises, simulations et essais en conditions réelles. Il s’agit d’une approche méthodique, étape par étape :
- Concevoir avec HTRI
- Validation par ANSYS CFD
- Réalisation de tests en laboratoire avec des fibres optiques pour mesurer les températures locales de la gaine
- Incorporer tous ces résultats, ainsi que les facteurs de conception et les réglementations, dans l’HTRI.
- Mise en œuvre du Thermon Quantum Truflow Heater dans des scénarios réels afin d’observer ses performances.
Les tests effectués avec succès ont indiqué que le feu était vert – c’est parti.
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