Échangeurs et performance énergétique : les bonnes pratiques de dimensionnement
Performance énergétique dans l’industrie - Échangeurs de chaleur et efficacité des procédés

1 - Échangeur et procédé : la place du composant, ses applications et son lien avec la performance énergétique des procédés

• 1.1 - Finalité de l’échangeur de chaleur : besoins primaire et secondaire
  Figure 1 - Schéma de principe d’une machine basée sur le principe d’un cycle thermodynamique de Rankine (d’après [1]) Figure 2 - Schéma de principe d’un cycle de Rankine avec échangeur interne (d’après [1])
• 1.2 - Domaines d’applications et procédés industriels
  Figure 3 - Principe de fonctionnement d’un réseau de chaleur géothermique (d’après [5]) Figure 4 - Échangeur d’une sous-station d’un réseau de froid urbain de Climespace (d’après [6]) Figure 5 - Schéma de principe d’un REP (d’après [8]) Figure 6 - Générateur de vapeur à circulation naturelle (d’après [9]) Figure 7 - Condenseur à tubes et calandre horizontal (d’après [10]) Figure 8 - Illustration d’éléments de gestion thermique d’une voiture de type propulsion traditionnelle (d’après [14]) Figure 9 - Schéma de réacteurs parfaitement agités munis d’échangeurs de chaleur (d’après [15]) Figure 10 - Unité de pasteurisation industrielle Figure 11 - Contrôle thermique de composants électroniques d’un ordinateur portable Figure 12 - Capot refroidi pour four de sidérurgie (d’après [19])
• 1.3 - Définitions des critères de performance d’un échangeur de chaleur

2 - Phasage d’un projet échangeur

3 - Importance du choix technologique pour l’optimisation énergétique

• 3.1 - Efficacité des échangeurs et lien avec le choix technologique
  Figure 13 - Évolution de la température du fluide chaud et du fluide froid en fonction de la puissance thermique pour deux fluides circulant dans un échangeur coaxial à co-courant (d’après [26]) Figure 14 - Evolution de la température du fluide chaud et du fluide froid en fonction de la longueur pour deux fluides circulant dans un échangeur coaxial à co-courant (d’après [26])
• 3.2 - Technologies d’échangeurs thermiques
  Figure 15 - Principales technologies d’échangeurs de chaleur (d’après [27])
• 3.3 - Sélection technologique : les critères
  Tableau 1

4 - Échangeurs et performance énergétique : les bonnes pratiques de dimensionnement

• 4.1 - Sélection du point de dimensionnement
  Tableau 2 Tableau 3
• 4.2 - Dimensionnement des échangeurs et optimisation
• 4.3 - Couplage entre calculs de dimensionnement et calculs de simulation

5 - Conséquences de dimensionnements inadaptés sur la performance énergétique

• 5.1 - Conséquences d’un sous-dimensionnement
  Figure 16 - Diagramme température-puissance d’un évaporateur de groupe de production de froid, cas en situation normale (d’après [15]) Figure 17 - Schéma de principe d’un système de production de froid et de ses principaux composants (d’après [28]) Figure 18 - Diagramme de Mollier d’un cycle de production de froid (d’après [28]) Figure 19 - Diagramme température-puissance d’un évaporateur de groupe de production de froid, cas en situation normale et en situation de mauvais dimensionnement (d’après [15])
• 5.2 - Conséquences d’un surdimensionnement

6 - Performances attendues et performances réelles

• 6.1 - Évaluation réelle des performances
  Figure 20 - Logigramme de vérification de performances d’un composant
• 6.2 - Constat de sous-performance d’un échangeur : Identification des causes de dégradation de la performance
  Figure 21 - Vues en coupe d’un échangeur à tube et calandre de type BFU Figure 22 - Prises de vue par caméra IR de la boîte avant de l’échangeur, à gauche vue de face et à droite vue latérale (NeoTherm Consulting SAS) Figure 23 - Prises de vue par caméra IR de la calandre de l’échangeur, à gauche vue large indiquant 3 by-pass, à droite vue zoomée sur le principal by-pass au niveau des collecteurs d’alimentation du fluide côté calandre (NeoTherm Consulting SAS)

7 - Échangeurs de demain : quid de l’innovation ?

8 - Conclusion

9 - Glossaire

10 - Sigles, notations et symboles