Échangeur de chaleur fait sur commande de tube à ailettes pour l'utilisation de chaleur résiduelle de compresseur d'air

Dans de nombreuses usines, le compresseur d’air fonctionne pendant des heures chaque jour, accomplissant silencieusement son travail dans un coin de l’usine. Il fournit de l’air comprimé aux vannes, aux outils, aux lignes de conditionnement et aux équipements de production, mais il rejette également une quantité surprenante d’énergie sous forme de chaleur. C’est pourquoi la récupération de chaleur des compresseurs commence à attirer davantage l’attention. Atlas Copco note que plus de 90 % de l'énergie électrique utilisée par un compresseur est convertie en chaleur de compression, tandis que Kaeser affirme qu'essentiellement 100 % de l'énergie électrique entrant dans un compresseur d'air industriel finit sous forme de chaleur quelque part dans le système, avec une très grande partie de cette chaleur récupérable à des fins utiles.

C’est là qu’un échangeur de chaleur à tubes à ailettes devient une solution très pratique. L’idée est simple : au lieu de laisser la chaleur du compresseur disparaître dans l’atmosphère, le système transfère cette chaleur vers un autre flux d’air ou de fluide qui peut réellement être utilisé dans l’usine. Une conception de tube à ailettes fonctionne particulièrement bien lorsque l'air est l'un des médias, car les ailettes augmentent la surface de transfert de chaleur et aident à déplacer la chaleur plus efficacement entre le fluide côté tube -et l'air ambiant. Les références du ministère américain de l'Énergie sur le chauffage à la vapeur et aux procédés-indiquent spécifiquement que les échangeurs de chaleur à tubes à ailettes sont couramment utilisés pour chauffer l'air dans les applications de séchage et de chauffage des locaux-, ce qui explique exactement pourquoi ils s'intègrent si naturellement dans les projets de récupération de chaleur des compresseurs.

Dans le cadre d'une utilisation industrielle réelle, la chaleur d'un compresseur d'air peut être récupérée de deux manières courantes. La première consiste à capter l'air chaud évacué d'un compresseur refroidi par air-et à le diriger vers une autre zone ayant besoin de chaleur. Kaeser décrit cela comme une méthode simple de chauffage des locaux, utilisant des conduits et des commandes pour envoyer l'air chauffé vers des ateliers, des entrepôts ou des pièces voisines. La deuxième méthode consiste à récupérer la chaleur dans une boucle d'eau ou de fluide de procédé-, puis à faire passer ce fluide chaud à travers un échangeur de chaleur dans un autre but utile. Atlas Copco explique que les systèmes de compresseurs refroidis à l'eau-peuvent récupérer de la chaleur dans les circuits d'eau chaude, et Kaeser note que le chauffage des fluides provenant des compresseurs peut être utilisé pour des applications telles que l'eau d'appoint des chaudières, le chauffage des fluides-de traitement, les processus d'alimentation et de boissons et le service d'eau chaude.

Pour de nombreuses installations, un échangeur de chaleur à tubes à ailettes est intéressant car il transforme l’énergie récupérée en quelque chose d’immédiatement utile : de l’air chauffé. Par exemple, une usine peut récupérer la chaleur du refroidisseur d'huile du compresseur ou de la boucle d'eau de refroidissement-, envoyer ce fluide chaud à travers un serpentin à tubes à ailettes et utiliser un ventilateur pour souffler l'air ambiant à travers les ailettes. Le résultat est de l'air chaud qui peut être fourni à un atelier, une salle de séchage, une-unité d'appoint d'air frais-ou une zone de production pendant les mois les plus froids. Cela fait que le système ressemble moins à un -ajout d'efficacité énergétique- qu'à un élément d'équipement d'usine en état de marche qui compense les autres demandes de chauffage chaque jour où le compresseur fonctionne. Les directives du DOE sur les systèmes de compresseur indiquent que la chaleur résiduelle du compresseur peut être utilisée efficacement pour le chauffage des locaux et du chauffage de l'eau de procédé-, souvent avec un retour sur investissement intéressant car la chaleur est déjà produite de toute façon.

Ce qui rend le style de tube à ailettes particulièrement adapté, c'est la nature de l'air lui-même. L'air est un moyen de transfert de chaleur relativement médiocre par rapport à l'eau, donc les tubes nus seuls ne suffisent souvent pas si vous souhaitez un serpentin compact et efficace. En ajoutant des ailettes, l'échangeur gagne beaucoup plus de surface de contact côté air, ce qui améliore les performances sans rendre l'unité excessivement grande. C'est pourquoi les serpentins à tubes à ailettes sont si largement utilisés dans les aérothermes, les réchauffeurs de conduits, les unités d'air d'appoint - et les équipements de séchage. Dans un système de récupération de chaleur par compresseur, ce même principe permet de convertir la chaleur perdue à faible coût en un flux stable et utilisable d'air de traitement chaud.

Une bonne conception de récupération de chaleur d’un compresseur ne concerne pas seulement l’échangeur de chaleur lui-même. L’ensemble du système doit être correctement adapté. Kaeser souligne l'importance d'une adéquation thermique entre la chaleur disponible du compresseur et la chaleur réellement nécessaire au processus. Ce point est plus important que beaucoup de gens ne le pensent. Si le compresseur ne fonctionne que par intermittence, mais que la demande de chauffage est continue, la chaleur récupérée peut ne pas suffire à elle seule. Si la température de l'eau disponible est trop basse, l'air sortant du serpentin à tubes à ailettes peut ne pas être suffisamment chaud pour l'application. Et si le serpentin est sélectionné uniquement au hasard, le résultat peut être une chute de pression importante, un faible débit d'air ou une température de sortie décevante. Un système bien-conçu doit équilibrer les heures de fonctionnement du compresseur, la chaleur disponible, la température du fluide, le débit d'air et les conditions de coupure d'air cibles-.

Une autre raison pour laquelle ces systèmes méritent notre attention est l’ampleur des économies réalisées. Atlas Copco affirme que jusqu'à 94 % de la chaleur de compression peut être récupérée, et Kaeser affirme que jusqu'à 96 % de la chaleur peut être utilisée dans de bonnes conditions. Ce ne sont pas des promesses pour chaque installation, mais elles montrent pourquoi la récupération de chaleur des compresseurs est souvent l'un des projets énergétiques les plus pratiques dans une usine. Au lieu de brûler du nouveau combustible ou d'ajouter des radiateurs électriques pour chaque service de chauffage, l'usine peut réutiliser la chaleur qu'elle a déjà payée une fois grâce à la consommation électrique du compresseur.

Du point de vue de l'exploitant de l'usine, c'est vraiment l'argument le plus fort en faveur d'un échangeur de chaleur à tubes à ailettes dans ce type de système. Ce n’est pas un équipement glamour. Il n’est généralement pas mis en avant. Mais cela permet de transformer un compresseur d'un simple consommateur d'énergie en une source d'énergie partielle. Cela peut réduire les coûts de chauffage, améliorer l’efficacité globale du système et mieux utiliser les équipements qui fonctionnent déjà quotidiennement. Dans de nombreux cas, la chaleur la plus intelligente dans une usine n’est pas du tout la chaleur neuve. C’est la chaleur qui était déjà là, attendant d’être récupérée et utilisée correctement.