Améliorer l’efficacité d’un échangeur thermique : ce qu’il faut savoir
L’efficacité d’un échangeur thermique se définit par le rapport entre la chaleur transférée et la chaleur totale disponible. Elle s’exprime en pourcentage et peut être influencée par une combinaison de facteurs :
Le coefficient de transfert de chaleur
Ce coefficient mesure la capacité d’un fluide à transférer de la chaleur à travers une surface. Un coefficient de transfert de chaleur élevé permet de transférer plus de chaleur à travers une surface donnée.
L’écart de température entre les fluides
Plus l’écart de température est important, plus la quantité de chaleur qui peut être transférée est importante.
La capacité thermique des fluides utilisées
La capacité thermique d’un fluide correspond à la quantité de chaleur nécessaire pour augmenter sa température d’un degré Celsius. Une capacité thermique élevée permet le transfert de plus de chaleur, sans augmenter la différence de température entre les fluides.
Le type de convection
La convection est le mode de transfert de chaleur le plus important dans les échangeurs thermiques. Il existe deux types de convection :
- La convection naturelle, qui est causée par la différence de densité des fluides chauds et froids ;
- La convection forcée, qui est entraînée par un dispositif mécanique, tel qu’une pompe ou un ventilateur.
Le critère de compacité
Il s’agit d’un paramètre qui mesure la taille d’un échangeur thermique par rapport à sa surface d’échange. Un échangeur thermique compact est plus efficace qu’un échangeur thermique volumineux.
La surface d’échange
Plus la surface d’échange est grande, plus la quantité de chaleur qui peut être transférée est importante.
Ce qu’il faut mettre en place pour améliorer l’efficacité d’un échangeur thermique
Les solutions techniques
Pour améliorer l’efficacité d’un échangeur thermique, certaines solutions sont envisageables d’un point de vue technique :
- Augmenter la surface d’échange : pour cela, il est possible d’augmenter le nombre de tubes ou de plaques. La longueur des tubes et des plaques peut aussi être augmentée.
- Améliorer le coefficient de transfert de chaleur : l’utilisation de matériaux à haute conductivité thermique, l’augmentation de la turbulence des fluides ou la réduction de la rugosité des surfaces peuvent y contribuer.
- Utiliser un schéma d’écoulement plus efficace : le schéma d’écoulement contre-courant est le plus efficace, suivi du schéma d’écoulement en flux direct.
- Choisir des fluides adaptés : les fluides à faible viscosité et à haute conductivité thermique permettent d’améliorer le transfert de chaleur.
Les solutions d’entretien
L’entretien régulier des échangeurs thermiques est essentiel pour maintenir leur efficacité. Les opérations d’entretien suivantes doivent être effectuées régulièrement :
- Nettoyage : l’accumulation de dépôts sur les surfaces de l’échangeur thermique peut réduire le coefficient de transfert de chaleur. Le nettoyage peut être effectué par des méthodes mécaniques, chimiques ou thermiques.
- Inspection : une inspection régulière permet de détecter et de réparer les dommages éventuels à l’échangeur thermique.
- Remplacement des pièces usées : les pièces usées ou endommagées doivent être remplacées pour maintenir l’efficacité de l’échangeur thermique.
De quel équipement a-t-on besoin pour améliorer l’efficacité d’un échangeur thermique ?
Pour améliorer l’efficacité d’un échangeur thermique, deux catégories d’équipements peuvent être envisagées :
Des équipements techniques, comme :
- Des outils de mesure : thermomètre, manomètre, débitmètre…
- Des matériaux à haute conductivité thermique : tubes et plaques, ailettes, revêtements…
- Des équipements de nettoyage : nettoyeurs mécaniques, chimiques, thermiques…
Des équipements d’entretien, tels que :
- Des outils de nettoyage : jets d’eau à haute pression, produits de nettoyage, nettoyeur à ultrasons…
- Des outils d’inspection : caméra endoscopique, scanner laser…
- Des pièces de rechange : tuyaux, plaques, joints…
Le nettoyage des échangeurs thermiques est un élément essentiel de leur entretien. En effet, l’accumulation de dépôts sur les surfaces de l’échangeur thermique peut réduire le coefficient de transfert de chaleur, ce qui entraîne une perte d’efficacité.
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