Els intercanviadors de calor de plaques existeixen en moltes aplicacions industrials i utilitzen principalment plaques metàl·liques per transferir calor entre dos fluids.
El seu ús està creixent ràpidament perquè superen els intercanviadors de calor tradicionals (normalment un tub en espiral que conté un fluid que passa a través d'una cambra que conté un altre fluid) perquè el fluid que es refreda té una major superfície de contacte, cosa que optimitza la transferència de calor i augmenta considerablement la velocitat de canvi de temperatura.
En lloc de serpentins que passen per les cambres, en un intercanviador de calor de plaques, hi ha dues cambres alternes, generalment de profunditat fina, separades per plaques metàl·liques corrugades a les seves superfícies més grans. La cambra és fina, ja que això garanteix que la major part del volum de líquid estigui en contacte amb la placa, cosa que facilita l'intercanvi de calor.
Aquestes plaques d'intercanvi de calor s'han fabricat tradicionalment mitjançant estampació o mecanitzat convencional com ara l'embotició profunda, però recentment el gravat fotoquímic (PCE) ha demostrat ser la tècnica de fabricació més eficient i rendible disponible per a aquesta aplicació rigorosa. El mecanitzat electroquímic (ECM) és una altra tecnologia alternativa que pot fabricar peces molt precises en lots, però aquest procés requereix un nivell molt elevat d'inversió inicial, està limitat a materials conductors, consumeix molta energia, el disseny i la fabricació d'eines és difícil i la peça de treball... La corrosió de les màquines-eina i els accessoris sempre ha estat un maldecap.
Sovint, ambdues cares d'un intercanviador de calor de plaques contenen característiques extremadament complexes que de vegades van més enllà de les capacitats de l'estampació i el mecanitzat, però que s'aconsegueixen fàcilment amb PCE. A més, PCE pot generar característiques a les dues cares de la placa simultàniament, estalviant un temps important, i el procés es pot aplicar a una gamma de metalls diferents, com ara l'acer inoxidable, l'Inconel 617, l'alumini i el titani.
A causa d'algunes característiques inherents al procés, el PCE ofereix una alternativa atractiva per a l'estampació i el mecanitzat en aplicacions de xapa metàl·lica. Utilitzant fotoresist i gravant per processar químicament amb precisió zones seleccionades, el procés presenta propietats del material preservades, peces sense rebaves ni tensions amb contorns nets i sense zones afectades per la calor. A més, el medi de gravat fluid crea una estructura òptima per al medi de refrigeració fluid utilitzat a la placa. Aquestes estructures no tenen cantonades ni vores susceptibles a la corrosió.
Combinat amb el fet que PCE utilitza eines digitals o de vidre fàcilment repetibles i de baix cost, proporciona una alternativa de fabricació rendible, d'alta precisió i ràpida a les tècniques de mecanitzat i estampació tradicionals. Això significa un estalvi de costos significatiu en la producció d'eines prototip i, a diferència de les tècniques d'estampació i mecanitzat, no hi ha desgast de l'eina ni cost associat amb el retall de l'acer.
El mecanitzat i l'estampació poden produir resultats no perfectes en el metall a la línia de tall, sovint deformant el material que s'està mecanitzant i deixant rebaves, zones afectades per la calor i capes de refosa. A més, s'esforcen per complir amb la resolució de detall necessària per a peces metàl·liques més petites, complexes i precises, com ara plaques d'intercanvi de calor.
Un altre factor a tenir en compte en la selecció del procés és el gruix del material a mecanitzar. Els processos tradicionals sovint troben dificultats quan s'apliquen al processament de metall prim, l'estampació i l'estampació són en molts casos inadequats, mentre que el tall amb làser i aigua condueixen a nivells desproporcionats i inacceptables de deformació tèrmica i fragmentació del material, respectivament. Tot i que el PCE es pot utilitzar en una varietat de gruixos de metall, un atribut clau és que pot treballar en làmines metàl·liques més primes, com les que s'utilitzen en els intercanviadors de calor de plaques, sense comprometre la planitud, que és fonamental per a la integritat del conjunt.
Una àrea clau on s'utilitzen plaques és en aplicacions de piles de combustible fetes d'acer inoxidable, alumini, níquel, titani, coure i una gamma d'aliatges especials.
S'ha descobert que les plaques metàl·liques de les piles de combustible tenen molts avantatges respecte a altres materials. Alhora, són molt resistents, ofereixen una conductivitat excel·lent per a un millor refredament, es poden fabricar extremadament primes mitjançant gravat, donant lloc a piles més curtes, i no tenen un acabat superficial direccional dins del canal. Es poden formar plaques i crear canals alhora i, com s'ha esmentat anteriorment, no es crea cap tensió tèrmica al metall, cosa que garanteix una planitud absoluta.
El procés PCE garanteix toleràncies repetibles en totes les dimensions de la placa clau, inclosa la profunditat de la via aèria i la geometria del col·lector, i pot fabricar peces amb especificacions de caiguda de pressió ajustades.
Altres indústries que utilitzen làmines gravades químicament inclouen motors lineals, aeroespacial, petroquímica i química. Després de la fabricació, les plaques s'apilen i s'uneixen per difusió o soldadura per formar el nucli de l'intercanviador de calor. Els intercanviadors de calor acabats poden ser fins a sis vegades més petits que els intercanviadors de calor tradicionals de "carcassa i tubs", cosa que proporciona excel·lents avantatges d'espai i pes.
Els intercanviadors de calor produïts amb PCE també són molt robustos i eficients, capaços de suportar una pressió de 600 bar i adaptar-se a un rang de temperatura des de la criogènia fins a 900 graus Celsius. És possible combinar més de dos fluxos de procés en una sola unitat i complir els requisits de canonades i vàlvules es redueix considerablement. La reacció i la barreja també es poden integrar en el disseny de l'intercanviador de calor de plaques, afegint funcionalitat de manera rendible en una sola unitat.
Els requisits actuals per a una dissipació de calor eficient i que estalviï espai presenten enormes reptes per a molts enginyers de desenvolupament. La miniaturització de molts components en tecnologia elèctrica i de microsistemes crea els anomenats punts calents tèrmics, que requereixen una dissipació de calor òptima per garantir una llarga vida útil.
Mitjançant PCE 2D i 3D, es poden fabricar microcanals amb amplades i profunditats definides en intercanviadors de calor per a la selecció del medi de dissipació de calor a l'àrea més petita. Gairebé no hi ha límit als possibles dissenys de canals.
A més, com que el procés de gravat inspira innovació en el disseny i llibertat geomètrica, es pot promoure el flux turbulent, en contraposició al flux laminar, mitjançant l'ús de vores i profunditats de canal ondulades. El flux turbulent en el medi refrigerant significa que el refrigerant en contacte amb la font de calor canvia constantment, cosa que fa que l'intercanvi de calor sigui més eficient. Aquestes corrugacions i irregularitats en microcanals en intercanviadors de calor es produeixen fàcilment amb PCE, però no és possible o prohibitiu de produir mitjançant processos de fabricació alternatius.
Micrometal GmbH, especialista en PCE, utilitza eines optoelectròniques a preus competitius per produir peces d'alta qualitat amb un alt grau de precisió repetible.
Les plaques de microcanals individuals es poden fixar (per exemple, mitjançant soldadura per difusió) a diverses geometries 3D. Micrometal utilitza una xarxa de socis experimentats que ofereix als clients l'opció de comprar plaques de microcanals individuals o blocs d'intercanviador de calor de microcanals integrals.
Una substància amb propietats metàl·liques i que consisteix en dos o més elements químics, dels quals almenys un és un metall.
Reduir els augments de temperatura del fluid a la interfície eina/peça durant el mecanitzat. Normalment en forma líquida, com ara mescles solubles o químiques (semisintètiques, sintètiques), però també pot ser aire a pressió o altres gasos. A causa de la seva capacitat per absorbir grans quantitats de calor, l'aigua s'utilitza àmpliament com a refrigerant i portador de diversos compostos de tall, i la proporció d'aigua i compost varia segons la tasca de mecanitzat. Vegeu fluid de tall; fluid de tall semisintètic; fluid de tall en oli soluble; fluid de tall sintètic.
1. Difusió d'un component en un gas, líquid o sòlid que tendeix a uniformitzar els components. 2. Un àtom o molècula es mou espontàniament a una nova ubicació dins del material.
Una operació en què el corrent elèctric flueix entre una peça de treball i una eina conductora a través d'un electròlit. Inicia una reacció química que dissol el metall de la peça de treball a una velocitat controlada. A diferència dels mètodes de tall convencionals, la duresa de la peça de treball no és un factor, cosa que fa que l'ECM sigui adequada per a materials difícils de mecanitzar. En forma de rectificat electroquímic, afilat electroquímic i tornejat electroquímic.
Funcionalment igual que un motor rotatiu en una màquina-eina, un motor lineal es pot considerar com un motor rotatiu estàndard d'imant permanent, tallat axialment al centre, després pelat i col·locat pla. El principal avantatge d'utilitzar motors lineals per impulsar el moviment dels eixos és que elimina les ineficiències i les diferències mecàniques causades pels sistemes de muntatge de cargols de boles utilitzats a la majoria de màquines-eina CNC.
Components més espaiats en la textura de la superfície. Inclou totes les irregularitats més espaiades que la configuració de tall de l'instrument. Vegeu Flux; Assentat; Rugositat.
El Dr. Michael J. Hicks és director del Centre d'Investigació Empresarial i Econòmica i professor distingit d'Economia George and Francis Ball a la Miller School of Business de la Ball State University. Hicks va obtenir el doctorat i el màster en Economia a la Universitat de Tennessee i una llicenciatura en Economia a l'Institut Militar de Virgínia. És autor de dos llibres i més de 60 publicacions acadèmiques centrades en polítiques públiques estatals i locals, incloent-hi la política fiscal i de despesa i l'impacte de Walmart en les economies locals.