Un refroidisseur d'air à tubes à ailettes est un dispositif qui refroidit un fluide chaud (liquide ou gaz) en soufflant de l'air ambiant sur un faisceau de tubes. Le composant clé est le tube à ailettes, qui est un tube de base avec des ailettes fixées à sa surface externe. Ces ailettes augmentent considérablement la surface d'échange thermique, rendant le processus de refroidissement beaucoup plus efficace que l'utilisation de tuyaux nus.
Le principe de base est le transfert de chaleur sensible : le fluide de procédé chaud à l'intérieur des tubes cède de la chaleur à l'air plus froid qui passe sur les ailettes, ce qui entraîne une baisse de la température du fluide.
Composants clés
1. Tubes à ailettes (Le cœur du système) :
Tube de base : Le tube interne qui transporte le fluide de procédé (par exemple, eau, huile, produit chimique, vapeur).
Ailettes : Surfaces étendues fixées à l'extérieur du tube de base. Elles constituent l'interface principale pour le transfert de chaleur vers l'air.
Types d'ailettes courants :
Ailettes "L" : Une bande de matériau d'ailette enroulée autour du tube avec une base en forme de "L". Courantes pour les températures modérées.
Ailettes "G" : Similaires aux ailettes en L, mais avec un verrouillage plus serré, mieux adaptées aux températures plus élevées et aux cycles thermiques.
Ailettes encastrées : L'ailette est enroulée dans une rainure usinée dans le tube, puis enroulée sous tension pour une liaison très solide et intégrale. Excellentes pour les températures et pressions élevées.
Ailettes extrudées : Une ailette est créée en extrudant de l'aluminium à partir d'un tube bimétallique (par exemple, un manchon en aluminium sur un noyau en acier). Cela fournit une liaison homogène et très efficace et est très robuste.
2. Ventilateurs et moteurs :
Ventilateurs axiaux : Grands ventilateurs en forme d'hélice qui déplacent un grand volume d'air à travers le faisceau de tubes.
Moteurs de ventilateurs : Généralement des moteurs électriques, parfois avec des variateurs de fréquence (VFD) pour un contrôle précis de la température.
3. Structure et plénum :
Un cadre en acier robuste qui supporte le faisceau de tubes et l'ensemble du ventilateur.
Un plénum est une chambre fermée qui garantit que l'air est dirigé uniformément à travers le faisceau de tubes et ne s'échappe pas sur les côtés.
4. Collecteurs :
Boîtes ou tuyaux à chaque extrémité du faisceau de tubes où le fluide de procédé est distribué aux tubes individuels (collecteur d'entrée) et collecté après refroidissement (collecteur de sortie).
Le processus
1. Fluide chaud entrant : Le fluide de procédé chaud entre dans le collecteur d'entrée.
2. Distribution : Le collecteur distribue le fluide uniformément dans les multiples tubes à ailettes.
3. Transfert de chaleur : Lorsque le fluide s'écoule à travers les tubes, sa chaleur est conduite à travers la paroi du tube et dans les ailettes.
4. Débit d'air : Le(s) ventilateur(s) axial(aux) forcent un grand flux d'air ambiant à travers l'extérieur des tubes à ailettes. Cet air absorbe la chaleur des ailettes et des surfaces des tubes.
5. Fluide refroidi sortant : Le fluide maintenant refroidi est collecté dans le collecteur de sortie et renvoyé dans le système de procédé.
6. Air chaud sortant : L'air chauffé est rejeté dans l'atmosphère.
L'ensemble de ce processus est un circuit fermé pour le fluide de procédé, ce qui signifie qu'il n'entre pas en contact avec l'air de refroidissement, ce qui évite la contamination et les pertes.
Types de refroidisseurs d'air
Tirage forcé : Le ventilateur est situé du côté de l'entrée, poussant l'air à travers le faisceau de tubes. Le faisceau de tubes est plus facile d'accès pour la maintenance, mais le ventilateur est exposé à l'air ambiant froid.
Tirage induit : Le ventilateur est situé du côté de la sortie, aspirant l'air chaud à travers le faisceau de tubes. Cela permet une distribution d'air plus uniforme et protège le ventilateur des intempéries, mais le moteur du ventilateur fonctionne dans un environnement chaud.
Applications courantes
Les refroidisseurs d'air sont omniprésents dans les industries où l'eau est rare, coûteuse ou où la pureté du fluide de procédé est essentielle.
1. Raffineries et usines pétrochimiques : Refroidissement des flux d'hydrocarbures, condenseurs en tête de colonnes de distillation, refroidissement des effluents de réacteur.
2. Centrales électriques : Refroidissement de l'huile de lubrification des turbines, systèmes de refroidissement en boucle fermée.
3. Stations de compression : Refroidisseurs intermédiaires et refroidisseurs finaux pour l'air ou le gaz comprimé.
4. CVC et réfrigération : En tant que condenseurs (rejetant la chaleur du réfrigérant dans l'air).
5. Procédés industriels : Refroidissement de l'huile hydraulique, trempe et refroidissement des procédés de fabrication.
Avantages par rapport aux autres refroidisseurs (comme les tours de refroidissement)
Un refroidisseur d'air à tubes à ailettes est un échangeur de chaleur robuste, économe en eau et efficace. Sa conception surmonte intelligemment les mauvaises propriétés de transfert de chaleur de l'air en utilisant des surfaces étendues (ailettes), ce qui en fait la solution de référence pour le refroidissement industriel lorsqu'un système fiable, en boucle fermée et respectueux de l'environnement est requis.
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