Que sont les échangeurs de chaleur à tubes à ailettes ?

Les échangeurs de chaleur à tubes à ailettes sont un type déchangeur de chaleur qui utilise des tubes à ailettes pour augmenter la surface de transfert de chaleur entre les deux fluides ou gaz utilisés pour transférer la chaleur. Les ailettes sur les tubes augmentent le coefficient de transfert de chaleur et favorisent les turbulences dans lécoulement du fluide, permettant une plus grande efficacité de transfert de chaleur.

Les échangeurs de chaleur à tubes à ailettes sont couramment utilisés dans les applications où un fluide ou un gaz est à une température beaucoup plus élevée que lautre, comme dans la climatisation, la réfrigération et la production délectricité. Ils sont également utilisés dans des processus industriels impliquant le chauffage ou le refroidissement de liquides ou de gaz, comme dans les industries chimiques, pétrochimiques et agroalimentaires.

Il existe plusieurs types déchangeurs de chaleur à tubes à ailettes, notamment les modèles à flux croisés, à contre-courant et à flux parallèle. Le choix de la conception dépend de lapplication spécifique et des caractéristiques de transfert de chaleur souhaitées. Dautres facteurs pouvant influencer la conception dun échangeur de chaleur à tubes à ailettes comprennent les propriétés du fluide, les débits, les exigences en matière de chute de pression et les limitations despace.

Application des échangeurs de chaleur à tubes à ailettes

Les échangeurs de chaleur à tubes à ailettes trouvent des applications dans un large éventail dindustries et de processus nécessitant un transfert de chaleur efficace entre deux fluides ou gaz. Certaines applications courantes des échangeurs de chaleur à tubes à ailettes comprennent :

1. Systèmes CVC (chauffage, ventilation et climatisation) – Les échangeurs de chaleur à tubes à ailettes sont couramment utilisés dans les systèmes de climatisation et de réfrigération pour transférer la chaleur entre le réfrigérant et lair.

2. Production délectricité - Les échangeurs de chaleur à tubes à ailettes sont utilisés dans les centrales électriques pour transférer la chaleur entre les circuits de vapeur et deau, ainsi quentre les gaz de combustion et le circuit eau/vapeur.

3. Industries chimiques et pétrochimiques - Les échangeurs de chaleur à tubes à ailettes sont utilisés pour le chauffage et le refroidissement des procédés, ainsi que pour la condensation et lévaporation des fluides dans les industries chimiques et pétrochimiques.

4. Industries agroalimentaires - Les échangeurs de chaleur à tubes à ailettes sont utilisés pour la pasteurisation et la stérilisation des produits alimentaires et des boissons, ainsi que pour le chauffage et le refroidissement des fluides de traitement.

5. Industries pétrolières et gazières - Les échangeurs de chaleur à tubes à ailettes sont utilisés dans les raffineries de pétrole et les usines de traitement du gaz naturel pour le transfert de chaleur entre les fluides, ainsi que pour le refroidissement de lair de refoulement des compresseurs.

6. Récupération de chaleur résiduelle - Les échangeurs de chaleur à tubes à ailettes sont utilisés pour récupérer la chaleur résiduelle des processus industriels, tels que les gaz déchappement des moteurs, des fours et des chaudières, et pour transférer cette chaleur vers dautres fluides ou gaz pour une utilisation ultérieure.

Dans l’ensemble, les échangeurs de chaleur à tubes à ailettes sont des dispositifs de transfert de chaleur polyvalents et efficaces qui trouvent des applications dans un large éventail d’industries et de processus.

Comment fabriquer des échangeurs de chaleur à tubes à ailettes ?

Les échangeurs de chaleur à tubes à ailettes sont constitués dun faisceau de tubes généralement en cuivre, en aluminium ou en acier inoxydable. Ces tubes sont équipés dailettes qui augmentent la surface disponible pour le transfert de chaleur. Les ailettes sont généralement constituées du même matériau que les tubes, mais elles peuvent également être constituées dun matériau différent, tel que du laiton ou de lacier au carbone.

La construction d’échangeurs de chaleur à tubes à ailettes implique généralement les étapes suivantes :

1. Sélection des tubes - Les tubes sont sélectionnés en fonction des exigences spécifiques de lapplication, telles que les propriétés du fluide, la température, la pression et la résistance à la corrosion.

2. Finning - Les tubes sont ensuite ailés à laide dune machine à ailettes. Le processus daileron consiste à enrouler une bande continue de métal autour du tube, qui est ensuite enroulée en spirale pour créer les ailettes.

3. Regroupement de tubes - Les tubes à ailettes sont regroupés à laide dune plaque tubulaire ou dun collecteur. La plaque tubulaire/collecteur fournit une structure de support pour les tubes et assure un bon alignement.

4. Assemblage - Le faisceau de tubes est assemblé dans une coque ou un boîtier qui contient le fluide ou le gaz à chauffer ou à refroidir. La coque peut avoir des chicanes ou dautres dispositifs de contrôle de débit pour favoriser un transfert de chaleur efficace.

5. Isolation – Léchangeur thermique peut être isolé pour réduire les pertes de chaleur ou pour empêcher la condensation.

6. Accessoires - Léchangeur de chaleur peut être équipé de divers accessoires, tels que des capteurs de température, des manomètres et des vannes, en fonction des exigences spécifiques de lapplication.

La conception et la construction des échangeurs de chaleur à tubes à ailettes peuvent varier en fonction des exigences spécifiques de lapplication, et divers facteurs tels que le matériau du tube, la conception des ailettes et la méthode dassemblage peuvent être optimisés pour obtenir lefficacité et les performances de transfert de chaleur souhaitées.

Quel est le type de tube à ailettes pour les échangeurs de chaleur à tubes à ailettes ?

Les échangeurs de chaleur à tubes à ailettes peuvent être classés en différents types en fonction du type dailettes utilisées sur les tubes. Certains types courants de tubes à ailettes utilisés dans les échangeurs de chaleur comprennent :

1. Tubes à ailettes simples – Il s’agit du type de tubes à ailettes le plus simple, où les ailettes sont plates et droites. Ils améliorent de base le transfert de chaleur et sont couramment utilisés dans les applications à basse température.

2. Tubes à ailettes intégrés – Ils sont également connus sous le nom de tubes à ailettes extrudés, où les ailettes font partie intégrante du matériau du tube et sont formées par extrusion. Ces ailettes ont un coefficient de transfert thermique plus élevé que les ailettes simples et conviennent aux applications à haute température.

3. Tubes à ailettes dentelées – Ces ailettes ont une forme en dents de scie qui augmente la turbulence de lécoulement du fluide et améliore le taux de transfert de chaleur. Ils sont couramment utilisés dans les applications à haute température.

4. Tubes à ailettes hélicoïdales – Ces ailettes sont formées en enroulant une bande continue de matériau autour du tube selon un motif hélicoïdal. Ils offrent des coefficients de transfert thermique élevés et sont couramment utilisés dans les échangeurs de chaleur refroidis par air.

5. Tubes à ailettes de type H – Ces ailettes ont une forme rectangulaire et sont soudées sur la surface du tube en quinconce. Ils offrent des coefficients de transfert de chaleur élevés et sont couramment utilisés dans les échangeurs de chaleur gaz-liquide.

La sélection du type de tube à ailettes dépend de divers facteurs, tels que la température et la pression de fonctionnement, les propriétés du fluide et le taux de transfert de chaleur souhaité. Le type dailettes utilisé peut avoir un impact considérable sur les performances de transfert de chaleur et lefficacité de léchangeur thermique.

Données techniques des échangeurs de chaleur à tubes à ailettes 

Les données relatives aux échangeurs de chaleur à tubes à ailettes peuvent varier considérablement en fonction de lapplication spécifique, de la conception et des conditions de fonctionnement. Certains points de données courants qui sont généralement pris en compte lors de la conception ou de la sélection dun échangeur de chaleur à tubes à ailettes comprennent :

1. Coefficient de transfert de chaleur - Il sagit dune mesure de la vitesse à laquelle la chaleur est transférée dun fluide à un autre dans léchangeur de chaleur. Le coefficient de transfert de chaleur dépend de facteurs tels que les propriétés du fluide, le débit et la géométrie de léchangeur de chaleur.

2. Coefficient de transfert de chaleur global (U) - Il sagit dune mesure du taux de transfert de chaleur total dans léchangeur de chaleur, en tenant compte à la fois des coefficients de transfert de chaleur intérieur et extérieur et de la résistance des parois.

3. Surface - Il sagit de la surface totale des tubes à ailettes dans léchangeur de chaleur, qui est directement liée au taux de transfert de chaleur.

4. Débit – Il s’agit du débit auquel le fluide circule à travers l’échangeur de chaleur, ce qui affecte le taux de transfert de chaleur et la chute de pression.

5. Pressure drop - This is the pressure difference between the inlet and outlet of the heat exchanger, which is a function of the flow rate, fluid properties, and geometry of the heat exchanger.

6. Tube diameter and length - These are the dimensions of the tubes in the heat exchanger, which affect the heat transfer rate and pressure drop.

7. Fin geometry - This includes parameters such as fin thickness, fin height, and fin spacing, which affect the heat transfer rate and pressure drop.

8. Material properties - This includes properties such as thermal conductivity, density, and specific heat, which affect the heat transfer rate and overall performance of the heat exchanger.

9. Design temperature and pressure - These are the maximum operating temperature and pressure that the heat exchanger is designed to withstand.

The specific data for a finned tube heat exchanger would depend on the specific application and design. These data points are typically used to calculate the performance and efficiency of the heat exchanger and ensure that it meets the desired requirements for the application.

Finned tubes heat exchangers manufacture standard

The manufacture standards for finned tube heat exchangers can vary depending on the specific application and industry. Some common manufacturing standards used for finned tube heat exchangers include:

1. ASME Boiler and Pressure Vessel Code - This is a set of standards developed by the American Society of Mechanical Engineers (ASME) for the design, construction, and inspection of pressure vessels and boilers.

2. EN 13445 - This is a European standard for the design and manufacture of pressure vessels and heat exchangers.

3. API 660 - This is a standard developed by the American Petroleum Institute (API) for the design and manufacture of shell-and-tube heat exchangers for the petroleum, petrochemical, and natural gas industries.

4. TEMA - This is a set of standards developed by the Tubular Exchanger Manufacturers Association (TEMA) for the design and manufacture of shell-and-tube heat exchangers.

5. ISO 9001 - This is a set of quality management standards developed by the International Organization for Standardization (ISO) that apply to the design, development, production, installation, and servicing of products.

6. ASTM - This is a set of standards developed by the American Society for Testing and Materials (ASTM) that cover a wide range of materials, products, and services.

Manufacturing standards are important for ensuring the quality, safety, and reliability of finned tube heat exchangers. By following these standards, manufacturers can ensure that their products meet the necessary requirements for their intended application and can provide consistent performance over time.

Finned tubes heat exchangers