L’échange thermique, dans l’industrie, est un facteur important lorsque l’on considère la performance des installations industrielles.
Un échange thermique efficace est bien souvent synonyme de performance accrue, et donc d’économies d’énergie, de réduction des coûts et de diminution importante de l’impact environnemental du site.
Il est donc important d’optimiser l’échange thermique dans les installations industrielles, notamment parce qu’il permet parfois de récupérer l’énergie et donc d’améliorer encore plus la performance énergétique !
Échange thermique dans l’industrie : l’échangeur de chaleur
La pièce maîtresse de l’échange thermique, c’est bien entendu l’échangeur de chaleur.
C’est lui qui conditionne l’efficacité du transfert de chaleur, et donc en fin de compte la performance énergétique.
Il est donc extrêmement important de choisir un échangeur de chaleur adapté à l’application dans laquelle il est utilisé.
Il faut donc considérer attentivement toutes les options disponibles et être sûr de choisir la bonne, pour profiter au mieux du retour sur investissement.
Il existe deux grandes familles d’échangeurs thermiques : les échangeurs tubulaires et les échangeurs à plaques.
Ce ne sont pas les seules, mais ce sont les plus couramment rencontrées, et elles couvrent la quasi-totalité des applications.
Tubulaires vs. plaques
Dans un échangeur tubulaire, les fluides circulent dans des tubes, et l’échange thermique se fait entre les tubes et le milieu extérieur (soit le milieu ambiant, soit un second fluide présent dans une calandre) ou d’autres tubes.
Ces modèles peuvent atteindre des tailles impressionnantes (jusqu’à 40 mètres de long) mais présentent l’avantage d’être très robustes, ce qui signifie qu’ils sont adaptés à virtuellement toutes les applications.
Leur taille reste cependant souvent un problème, car elle les rend difficile à installer et à maintenir.
De plus, la faible turbulence les rend très sujet à l’encrassement, ce qui ne facilite pas la maintenance.
Schéma de fonctionnement d’un échangeur à plaques. Crédit : Wikimédia
Un échangeur à plaques est constitué de fines plaques parallèles les unes aux autres entre lesquelles on fait circuler les fluides.
Chaque fluide circule en sautant une plaque, qui accueille le second, permettant l’échange thermique.
Ces échangeurs sont compacts et performants tout en étant assez flexibles, puisqu’il est est possible de rajouter ou d’enlever des plaques en fonction des besoins de l’application.
Ils présentent aussi l’avantage de permettre un échange thermique très efficace comparés aux échangeurs tubulaires.
Leur surface d’échange est en effet supérieure, et la forte turbulence maximise l’échange thermique tout en diminuant les risques d’encrassement.
Cependant, cette forte turbulence amène des pertes de charges parfois importantes et les échangeurs à plaques sont beaucoup moins robustes que les échangeurs tubulaires.
Il existe plusieurs technologies au sein de la famille des échangeurs à plaques.
On en trouve à plaques et joints, à plaques brasées, à plaques soudées, et certains fournisseurs en proposent même à plaques assemblées par fusion.
Chacune de ces technologies présente ses avantages et ses inconvénients, et le choix entre les différents modèles d’échangeurs à plaques tient surtout aux caractéristiques de l’application, car tous ne résistent pas aux mêmes conditions de température et de pression.
Échange thermique et récupération de chaleur
Pour faire simple, l’échange thermique est partout.
Mais le choix d’un échangeur de chaleur peut intervenir au moment d’un remplacement ou d’un retrofit, ou bien dans une démarche de récupération d’énergie.
Pour améliorer les performances d’une installation, rien de mieux que de récupérer la chaleur fatale du site industriel pour la valoriser sur site, en chauffant les locaux par exemple, ou au travers d’un réseau de chaleur urbain.
Avec les impératifs de transition énergétique et la prise de conscience environnementale collective, l’industrie se trouvera amenée à chercher des solutions pour réduire son impact environnemental dans les prochaines années.
En France, l’industrie est sans surprise le premier secteur consommateur d’énergie.
La réduction des consommations énergétiques, à travers notamment l’amélioration de l’échange thermique, permettra donc sans conteste de fournir une solution aux défis à venir !
