L'origen dels intercanviadors de calor de superfície raspada

L'origen dels intercanviadors de calor de superfície raspada

L'origen i el desenvolupament dels intercanviadors de calor de superfície raspada es remunten a principis del segle XX. La seva creació no va ser un èxit immediat, sinó una resposta a les limitacions inherents dels intercanviadors de calor tradicionals quan es tractava amb materials específics.

Origen del nucli: dècades del 1920 - 1930

El concepte i el disseny inicial dels intercanviadors de calor de superfície raspada es van formar principalment durant aquest període, impulsats per la indústria alimentària, particularment en la producció de margarina i gelats.

1. Problemes a resoldre:

o Materials d'alta viscositat: materials com la mantega, la barreja per a gelats i la melmelada són extremadament viscosos i tenen una baixa fluïdesa en els intercanviadors de calor de tubs o plaques tradicionals, cosa que els obstrueix fàcilment i provoca una eficiència de transferència de calor molt baixa.

o Sensibilitat al cisallament: La formació de cristalls de greix o cristalls de gel en aquests materials requereix un control precís. Un refredament intens o desigual pot provocar una textura gruixuda i un mal gust.

o Incrustació i cocció: Els materials que contenen sucre o proteïnes tendeixen a solidificar-se i caramel·litzar-se a les superfícies d'escalfament, cosa que no només afecta la transferència de calor, sinó que també deteriora el producte i dificulta la neteja dels equips.

2. Pioners en tecnologia:

Una de les primeres patents per a intercanviadors de calor de superfície raspada es remunta a finals de la dècada de 1920 o principis de la de 1930. Per exemple, al voltant de 1928, els enginyers de l'empresa Gerhard a Alemanya (que més tard va formar part del grup APV) van fer un treball pioner en aquest camp.

o Una altra figura clau va ser CO (Charlie) Linn, que va dissenyar el primer intercanviador de calor de superfície raspada amb èxit comercial per a la divisió Votator de Girdler Corporation als Estats Units (cap al 1933-1935). Aquest dispositiu es va inventar originalment per a la producció contínua de margarina. El nom "Votator" fins i tot es va convertir en sinònim d'intercanviadors de calor de superfície raspada durant molt de temps.

Punts innovadors del principi de funcionament

El disseny bàsic dels intercanviadors de calor de superfície raspada aborda enginyosament els problemes esmentats:

• Acció de raspat: Dins del cilindre d'intercanvi de calor, un rotor equipat amb raspadors gira a alta velocitat. Els raspadors, sota la força de la força centrífuga o de les molles, s'adhereixen fermament a la paret del cilindre, raspant constantment la pel·lícula de material de la paret interior.

• Quatre grans avantatges:

1. Renovació contínua de la superfície de transferència de calor: evita l'adhesió i l'incrustació del material, mantenint una eficiència de transferència de calor extremadament alta.

2. Barreja i cisallament uniformes: garanteix un escalfament i refredament uniformes de tot el material i proporciona una força de cisallament controlable, que és crucial per al procés de cristal·lització (com ara la cristal·lització del greix i la formació de cristalls de gel).

3. Manipulació d'una viscositat extremadament alta: l'acció mecànica de raspat i empenyiment permet manipular fluids pastosos, cremosos i fins i tot granulars que els intercanviadors de calor tradicionals no poden gestionar.

4. Temps de residència extremadament curt: el material passa a través de l'intercanviador de calor en una pel·lícula fina, cosa que el fa molt adequat per a materials sensibles a la calor i maximitza la preservació del sabor, el color i la nutrició del producte.

Desenvolupament i popularització

• Dècades del 1940 - 1950: Amb l'acceleració de la industrialització alimentària abans i després de la Segona Guerra Mundial, els intercanviadors de calor de superfície raspada es van aplicar ràpidament a les indústries làcties, de melmelades i de salses. La congelació contínua de gelats va ser una altra aplicació important.

• Dècada del 1960 fins a l'actualitat: Els seus camps d'aplicació s'han expandit des de la indústria alimentària fins a les indústries química, farmacèutica, petroquímica i de polímers plàstics. S'utilitzen per manejar fluids complexos com ara polímers fosos, parafina, asfalt, cosmètics i productes farmacèutics.

• Progrés tecnològic: Els intercanviadors de calor de superfície raspada moderns han fet avenços significatius en materials (com ara l'ús de recobriments durs resistents al desgast i a la corrosió), tecnologia de segellat, control d'automatització (control precís de la temperatura, la pressió i la velocitat) i disseny modular.

Resum

L'origen de l'intercanviador de calor raspador es pot situar amb precisió a les dècades del 1920 i del 1930. Es va inventar per satisfer les demandes del procés d'escalfament, refredament, cristal·lització i esterilització continus de materials d'alta viscositat i sensibles a la calor a la indústria alimentària. La seva invenció va ser una fita important en la història dels equips de la indústria de processos, expandint la simple funció d'"intercanvi de calor" a una operació combinada d'"intercanvi de calor i processament mecànic". Fins avui, encara juga un paper irreemplaçable en molts camps industrials.