Les échangeurs de chaleur sont des appareils conçus pour transférer la chaleur d'un endroit à un autre. Leur fonction est d'extraire la chaleur d'un fluide comme de l'eau chaude ou de la vapeur et de la diriger vers un autre, comme de l'eau froide ou de l'air. Ce processus par lequel la chaleur est transférée d'un fluide à un autre s'appelle le Transfert de Chaleur. Étant donné que les échangeurs de chaleur sont utilisés dans de nombreux lieux tels que les usines, les centrales électriques ou même nos maisons, ils deviennent très importants. Sans eux, comment gérerions-nous la chaleur dans ces systèmes ?
Pour avoir une vue claire du mécanisme de fonctionnement derrière les échangeurs de chaleur, quelques explications sont données sur le fonctionnement du transfert de chaleur. La chaleur est une forme d'énergie qui s'écoule des objets chauds vers les objets froids. Lorsque vous touchez une plaque chaude, par exemple, la chaleur est transférée de la plaque à votre main, ce qui la fait sentir chaude. Voici une bonne raison d'être prudent avec les surfaces chaudes. Il existe trois mécanismes pour le mouvement de la chaleur : conduction, convection et radiation.
La convection se produit lorsque la chaleur est emportée par des fluides en mouvement comme l'air et l'eau. C'est un mécanisme de transfert de chaleur très significatif dans le cas de divers types d'appareils tels que les échangeurs de chaleur. Par exemple, de l'eau chaude circule dans un échangeur de chaleur et, par convection, cède sa chaleur à l'eau froide qui circule également dans l'échangeur.
C'est un processus de transfert de chaleur appelé rayonnement, qui se produit sans aucun contact direct entre les objets. Par exemple, considérons comment la Terre est chauffée par le soleil de manière simple. C'est parce que la chaleur du soleil voyage à travers l'espace — mais comme il n'y a pas de molécules dans le vide, elle réchauffe notre planète sans avoir besoin de nous toucher.
Les échangeurs de chaleur sont formidables car ils peuvent aider à économiser de l'énergie. Ils extraient la chaleur d'un liquide chaud et la transfèrent ensuite vers un liquide froid, sans perdre d'énergie. Dans un four de process - Cela est très évident et largement utilisé, mais avec l'utilisation d'un échangeur de chaleur, il est possible d'économiser environ 25 à 35 % d'énergie ; par exemple, une usine qui chauffe de l'eau passant par plusieurs étapes/niveaux dans la même installation peut, puisque la première étape est chaude, utiliser une alternative froide à la quatrième étape, évitant ainsi l'utilisation d'un chauffage supplémentaire. De cette manière, aucune énergie thermique n'est perdue, ce qui entraîne des économies significatives sur vos factures mensuelles.
La différence de température entre les deux liquides joue un rôle important dans le transfert de chaleur. Plus la différence de température est grande, plus il y a de transfert de chaleur. C'est pourquoi il est essentiel de concevoir un échangeur de chaleur en tenant compte de la bonne différence de température. C'est une considération importante pour les ingénieurs afin de s'assurer que l'échangeur de chaleur fonctionne efficacement.
Un design particulièrement intrigant est celui de l'échangeur de chaleur à microcanaux. Une autre manière de décrire ces échangeurs est qu'ils ressemblent à de petits canaux, larges de seulement quelques millimètres. Grâce à leur rapport surface/volume élevé, ces petits canaux permettent d'obtenir de bonnes performances thermiques dans un volume très réduit. Cela en fait des candidats idéaux pour ce type d'échange thermique.
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