Quels sont les différents procédés de chauffage des liquides ?

Principe de base du chauffage des liquides

En fonction du produit que vous souhaitez chauffer, que ce soit à des fins alimentaires ou industrielles, la plupart des liquides sont chauffés grâce à la technologie de l'échange de chaleur. Fondamentalement, l'énergie thermique est transférée d'un fluide caloporteur, généralement de l'eau chaude ou de la vapeur, au produit liquide par l'intermédiaire d'une surface d'échange qui sépare les fluides et évite toute modification de leurs propriétés physico-chimiques.

L'échange d'énergie thermique se fait toujours par convection : plus la surface d'échange est grande, plus l'échange de chaleur est efficace, à l'exception du chauffage par micro-ondes qui chauffe directement le produit. Découvrez ci-dessous les méthodes de transfert de chaleur les plus courantes.

Échangeur à plaques

Un échangeur à plaques est constitué de plaques indépendantes en acier inoxydable dans lesquelles circulent le liquide chauffé et le fluide caloporteur tel que l'eau chaude. Les plaques sont assemblées et comprimées les unes contre les autres dans un support appelé cadre. C'est un équipement pratique car on peut facilement le nettoyer en retirant toutes les plaques. L'encombrement est faible par rapport au débit de traitement.

Cependant, c'est un équipement qui ne peut pas traiter de liquide avec des morceaux. De plus, son colmatage s'encrasse très rapidement avec des liquides trop visqueux. Il est donc particulièrement adapté aux liquides non visqueux et homogènes.

Échangeur à spirale

Un échangeur en spirale est constitué de deux canaux en acier inoxydable enroulés l'un sur l'autre dans lesquels le liquide chauffé et le fluide caloporteur circulent à contre-courant. L'encombrement est généralement faible pour ce type d'équipement de chauffage.

Cet équipement permet le traitement thermique d'un liquide peu visqueux. Mais le coefficient de transfert de chaleur est faible, ce qui limite son utilisation pour des montées en température importantes et rapides.

Échangeur tubulaire

Les échangeurs tubulaires ont différentes configurations de fonctionnement : monotubes ou multitubes. Le principe est d'avoir un ou plusieurs tubes placés dans un plus grand où circule le fluide caloporteur. Le transfert de chaleur s'effectue par conduction de l'extérieur vers le centre du produit. Sur un échangeur annulaire, le fluide caloporteur circule dans deux tubes, l'un central et l'autre extérieur. Le produit liquide est transporté entre les deux, ce qui permet de le chauffer plus efficacement.

Ce système de chauffage des liquides présente des avantages tels qu'une montée en température linéaire et un bon contrôle de la température. Mais l'encombrement est important et il n'est pas adapté aux liquides très visqueux.

Échangeur à surface raclée

Un échangeur à surface raclée est composé de 2 éléments. Sur la partie externe, le fluide caloporteur transmet son énergie thermique au produit. A l'intérieur, le tube dans lequel passe le produit liquide est équipé de pales rotatives qui raclent continuellement la surface de transfert interne. Les pales empêchent le produit liquide de se déposer et de brûler, et augmentent les turbulences pour optimiser l'échange de chaleur.

L'échangeur à surface raclée est l'un des seuls systèmes adaptés aux produits visqueux et pâteux. Mais il présente un coût d'investissement et d'exploitation élevé.

Chauffage en ligne par micro-ondes

Contrairement aux solutions précédentes où la chaleur est transférée par conduction de l'extérieur vers le produit à travers sa surface, les micro-ondes chauffent toute la masse liquide du produit directement et de manière homogène, sans utiliser de fluide caloporteur. La génération de chaleur est quasi instantanée et permet un processus thermique parfaitement contrôlé.

Le chauffage par micro-ondes en ligne est adapté aux produits liquides ou pâteux, avec ou sans morceaux (par exemple, confiture). Le transfert thermique direct de l'énergie des micro-ondes au produit permet une excellente efficacité énergétique.

En conclusion, il existe différents procédés industriels pour chauffer les liquides. Cependant, tous ne sont pas équivalents. Certaines méthodes de chauffage présentent des avantages pour certains types de produits liquides, tandis que d'autres permettent de gagner de la place ou de chauffer des produits contenant des morceaux, par exemple. Le chauffage des liquides par micro-ondes, quant à lui, s'avère très efficace et performant pour tous les types de liquides tout en occupant un espace limité.

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