Définition de l'échangeur de chaleur

Candela Rocio Barbisan
Ingénierie chimique

Récipient sous pression dans lequel se produit un échange d'énergie entre deux fluides, c'est-à-dire un transfert de chaleur d'une zone à haute température vers une zone à basse température. Le processus peut être direct, si les deux fluides sont en contact l'un avec l'autre, ou indirect s'il y a un autre fluide qui se trouve entre eux.

Fondamentaux du transfert de chaleur

Pour que le transfert de chaleur d'un milieu à un autre soit efficace, il faut qu'il y ait une force motrice, dans ce cas on appelle la différence de température entre les deux fluides la force motrice. En ce sens, l'énergie est transférée de la zone la plus chaude vers la zone la plus froide.

Bien que l'on s'attende à ce que toute la chaleur cédée par la phase la plus chaude soit de la chaleur absorbée ou gagnée par la phase la plus froide, l'équilibre n'est pas direct, il y a des pertes de chaleur.

Le phénomène de transfert de chaleur est basé sur le principe zéro de la thermodynamique, qui explique la manière dont les fluides entrent en contact ils atteignent leur équilibre thermique, égalisant leurs températures si le temps et la surface de contact sont suffisants pour atteindre le point de équilibre.

Typologies

Lorsque nous parlons de typologie, nous nous référons à la plus grande division qui existe en fonction du type de contact entre les phases. Comme nous l'avons bien dit, si le contact entre les médias est direct, c'est-à-dire qu'il n'y a pas d'autre flux de transfert de chaleur entre les fluides que l'on souhaite échanger de l'énergie, alors il répond de telle manière droit. Les tours de refroidissement sont un cas typique de ce type d'échange puisque, par exemple, l'eau de refroidissement ou l'eau de la tour entre par le partie supérieure et, par la partie inférieure, à contre-courant, un courant d'air est induit afin qu'il y ait transfert de chaleur et de masse attendu.

Par contre, quand on parle d'échangeurs indirects, on parle d'équipements qui ont une surface intermédiaire de transfert de chaleur, telle qu'un solide ou même un autre courant. Dans ce cas, le processus se produit par convection ou conduction. Dans la plupart des échangeurs, les mécanismes de transfert de masse sont par: la convection, lorsque le fluide chaud transfère sa chaleur à la paroi interne d'un tube puis celui-ci le transmet de la paroi externe à l'autre fluide en contact et, d'autre part, la conduction interne dans la paroi du tube.

Ils peuvent également être classés en fonction du type de flux: flux parallèle, si les courants circulent dans le même sens, à contre-courant, s'ils échangent de la chaleur lorsqu'ils se déplacent dans des directions opposées ou s'entrecroisent lorsque les fluides traversent l'équipement perpendiculairement les uns aux autres.

De même, il existe des échangeurs monopasse ou multipasse, selon le nombre de fois que le fluide parcourt la longueur de l'échangeur et entre en contact avec l'autre phase.

Enfin, la classification peut être donnée en fonction de sa géométrie: en gros on trouve: des échangeurs à tubes et calandre et des échangeurs à plaques. Dans le premier d'entre eux, il se compose (comme son nom l'indique) d'un carter ou boîtier et de têtes qui retiennent le faisceau de tubes à l'intérieur. À travers les tubes circule un certain fluide qui échange de la chaleur avec le fluide qui circule à travers le boîtier, l'inondant. Le fluide peut passer par une seule étape ou par plusieurs. Dans ce cas, son coût de construction est élevé; cependant, ils peuvent fonctionner à des pressions élevées et sont conçus en fonction de la surface de contact nécessaire pour le transfert de chaleur, sa taille peut donc varier en fonction des besoins du processus. L'entretien est simple, bien que les tubes puissent être quelque peu difficiles à nettoyer, cela peut être fait chimiquement ou mécaniquement et il est possible de retirer la plaque porte-tubes pour le contrôle du colmatage de certains ils.

Dans le cas des échangeurs à plaques, ils sont constitués de plusieurs plaques qui, intercalées, font circuler à travers chacune d'elles les différents fluides d'échange. Entre les plaques il y a de l'air. Comme prévu, la surface des plaques est beaucoup plus grande que la surface d'un tube, donc la capacité d'échange est fortement augmentée. Alors que les faisceaux de tubes fonctionnent à des pressions élevées, les échangeurs de chaleur à plaques sont limités à des pressions ne dépassant pas 25 bars. Ils sont généralement utilisés dans l'industrie alimentaire, où des précautions d'hygiène extrêmes sont requises, car en raison de leur structure, ils sont plus faciles à nettoyer et empêchent la sédimentation.