Un échangeur de chaleur est un équipement qui transfère continuellement la chaleur d’un milieu à un autre. Il existe deux types principaux d’échangeurs de chaleur : les échangeurs directs et les échangeurs indirects.
- Échangeur de chaleur direct, où les deux fluides sont en contact direct l’un avec l’autre. On suppose que les fluides ne se mélangent pas. Un exemple de ce type d’échangeur de chaleur est la tour de refroidissement, où l’eau est refroidie par contact direct avec l’air.
- Échangeur de chaleur indirect, dans lequel deux fluides sont séparés par une paroi à travers laquelle la chaleur est transférée.
Les échangeurs de chaleur indirects sont disponibles en plusieurs types principaux (plaque, coquille, tube, tube ondulé, spirale, etc.). En général, le tube d’acier ondulé offre la meilleure solution aux problèmes thermiques, en fournissant les limites de pression et de température les plus larges.
Principes de fonctionnement
Dans un échangeur de chaleur indirect, la chaleur est transférée principalement par conduction et convection :
- Conduction : La chaleur est transférée à travers les parois de l’échangeur de chaleur.
- Convection : La chaleur est transférée entre les parois de l’échangeur et les fluides en mouvement.
Tout est basé sur la théorie du transfert de chaleur.
Les lois naturelles de la physique permettent toujours à l’énergie de conduction de circuler dans un système jusqu’à ce que l’équilibre soit atteint. La chaleur quitte le corps ou le fluide le plus chaud, tant qu’il existe une différence de température, et est transférée au milieu froid.
Un échangeur de chaleur suit ce principe pour parvenir à l’égalisation. Dans un échangeur de chaleur, la chaleur pénètre dans la surface, ce qui sépare très facilement le fluide chaud du fluide froid.
Il est donc possible de chauffer ou de refroidir des fluides ou des gaz qui ont des niveaux d’énergie minimaux. La théorie du transfert de chaleurd’un milieu à un autre, ou d’un fluide à un autre, est déterminée par plusieurs règles de base :
- La chaleur est toujours transférée d’un milieu chaud à un milieu froid.
- Il doit toujours y avoir une différence de température entre les milieux.
- La chaleur perdue par le milieu chaud est égale à la quantité de chaleur gagnée par le milieu froid, à l’exception des pertes dans l’environnement.
Types courants d’échangeurs de chaleur indirects
Échangeur de chaleur à tubes concentriques (double tube) :
- Il se compose d’un tube à l’intérieur d’un tube plus grand.
- Un fluide circule dans le tube intérieur et l’autre dans l’espace annulaire entre les deux tubes.
- Ils peuvent être configurés en parallèle ou à contre-courant.
Échangeur de chaleur à calandre et à tube :
- Constitué d’un faisceau de tubes contenus dans un boîtier.
- Un fluide circule dans les tubes et l’autre fluide circule dans l’enveloppe qui entoure les tubes.
- La configuration peut être à flux parallèle, à contre-courant ou à flux croisé.
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