OPTIMISER LE TRANSFERT DE CHALEUR DANS LES ENVIRONNEMENTS INDUSTRIELS

Le chauffage par conduction occupe une place dans certains procédés industriels, mais il est essentiel que les industriels utilisent correctement ce mode de chauffage. Ceci implique d’utiliser les méthodes de chauffage, les matériaux et les calculs les plus appropriés pour assurer un transfert de chaleur maximum pour une application donnée. Découvrez les meilleurs moyens de transfert de chaleur dans un environnement industriel et les mesures que les industriels peuvent prendre pour accroître leur efficacité.

Conduction

Le transfert de chaleur s’effectue uniquement par conduction, convection ou rayonnement. La conduction est la méthode la plus courante dans la vie de tous les jours, comme les couvertures chauffantes, le contact avec une vitre chaude ou les sièges chauffants dans les voitures. En d’autres termes, l’énergie thermique est absorbée par une surface qui fait vibrer rapidement ses molécules. Le contact d’une surface chaude avec une autre transmet cette même énergie, en créant un transfert de chaleur par conduction.

La conduction dépend du gradient de température (comment la température change en un lieu), des sections transversales des matériaux, de la durée des déplacements et des propriétés des matériaux. La chaleur circulera toujours du matériau le plus chaud au plus frais jusqu’à ce que les deux matériaux soient à la même température, obtenant ainsi un équilibre thermique.

Convection

Le transfert de chaleur par convection réchauffe les molécules d’air entourant immédiatement la source de chaleur (comme les radiateurs et les radiateurs à accumulation). Lorsque l’air se réchauffe, il s’élève, laissant la place à des molécules d’air plus froides qui s’approchent de la source de chaleur et répètent le même processus. L’air chaud transfère sa chaleur aux molécules plus froides, ce qui réchauffe progressivement l’espace.

Rayonnement

Les radiateurs rayonnants émettent un rayonnement infrarouge qui se propage jusqu’au contact d’un objet solide. Tout ce qui est touché par cette chaleur va commencer à chauffer. Par exemple, la chaleur du soleil se dirige directement vers le sol s’il n’y a pas d’obstacle sur son chemin. Le transfert de chaleur par rayonnement ne dépend pas d’autres molécules ou d’un contact pour diffuser la chaleur ; il envoie l’énergie thermique vers l’extérieur et ce qui est réchauffé par le rayonnement réchauffe alors l’espace autour de lui.

Applications du transfert de chaleur par conduction

Les métaux conducteurs sont utilisés dans l’électronique et les composants mécaniques pour attirer ou dévier l’énergie thermique. Ces méthodes peuvent être utilisées pour les appareils médicaux, les équipements de laboratoire, la construction, les équipements, le câblage électrique, etc.

Maximiser le transfert de chaleur pour les trois méthodes

Utiliser les meilleurs métaux

La conductivité thermique varie selon les types de métaux. Certains métaux sont tellement mauvais pour le transfert de chaleur qu’on s’en sert comme isolant. D’autres métaux sont beaucoup plus aptes à produire et à diffuser la chaleur. Ces métaux servent à fabriquer des ustensiles de cuisine, par exemple. 

L’aluminium est un métal léger, pas cher et facile à utiliser pour la conductibilité thermique. Bien que l’argent soit excellent, le cuivre est une autre excellente option pour la conductivité thermique et il est moins coûteux et plus facile à trouver que l’argent. Résistant à la corrosion et à l’encrassement, le cuivre est un excellent choix pour les chauffe-eau solaires, les radiateurs industriels et les pompes à chaleur, par exemple.

Comprendre les limites thermiques

Lors de la résolution de l’équation différentielle régissant la conduction thermique dans un corps, il faut appliquer des conditions aux limites du domaine d’analyse pour obtenir une solution. Les trois conditions aux limites les plus courantes sont :

1. Température constante

Pour la condition aux limites à température constante, la température de la surface est supposée rester à la valeur spécifiée. Quelle que soit la quantité de chaleur qui traverse la surface. En général, la température de surface spécifiée peut changer avec le temps, et peut également être différente pour des points distincts des limites. 

Physiquement, les conditions limites à température constante sont souvent très bien approchées par un changement de phase (ébullition, fusion, condensation, etc.) à la surface. L’énergie associée au changement de phase absorbe ou fournit de grandes quantités de chaleur à la température du changement de phase.

2. Flux thermique constant

Dans le cas d’un flux thermique constant, le flux thermique à la surface est supposé rester à la valeur spécifiée, quelle que soit l’évolution de la température. Là encore, dans le cas le plus général, le flux thermique spécifié peut être une fonction du temps et de la position. 

Sur une gamme limitée de températures, une condition limite de flux thermique constant peut être approximée par une fine résistance électrique ou par le chauffage radiatif d’une source dont la température est beaucoup, beaucoup plus élevée que celle de la surface. 

Une surface bien isolée constitue un cas particulier de condition limite à flux thermique constant où ce flux est spécifié comme étant nul. C’est ce qu’on appelle une surface adiabatique.

3. Convection

Une condition limite de convection se produit lorsque la surface est exposée à un transfert de chaleur par convection régi par la loi de refroidissement de Newton. Le coefficient de transfert de chaleur par convection et la température du flux libre peuvent, en général, être tous deux des fonctions du temps et de la position. Un exemple simple de transfert de chaleur unidimensionnel en régime permanent peut illustrer l’effet et l’application de différentes conditions aux limites.

Choisir les meilleurs réchauffeurs et accessoires pour la conduction 

Réchauffeurs à circulation

Les réchauffeurs à circulation, également appelés « réchauffeurs en ligne », sont utilisés dans de nombreuses applications. Ils peuvent être en acier, en acier inoxydable ou en titane, en fonction des applications. Les réchauffeurs à circulation pour huiles lubrifiantes et huiles usagées utilisent souvent l’acier. En fait, l’acier est meilleur marché que l’acier inoxydable. Les chauffe-eau utilisent l’acier inoxydable pour ses propriétés anti-corrosives. 

Dans les deux cas, une pompe fait circuler le fluide, comme l’eau ou le glycérol, via un circuit fermé. Le liquide est réchauffé lorsqu’il traverse le réchauffeur à circulation. La viscosité est un élément important à prendre en compte pour cette application. Les réchauffeurs à circulation électrique génèrent de la chaleur, ce qui rend le fluide moins visqueux. Moins le liquide est visqueux, plus il est facile de le pomper dans un système de tuyaux.

Thermoplongeurs

Les thermoplongeurs industriels sont un moyen rapide et efficace de chauffer diverses solutions liquides dans les équipements de traitement, ainsi que dans de grands réservoirs grâce à l’utilisation de thermoplongeurs de réservoir. Le chauffage des liquides par transfert de chaleur direct permet au milieu liquide d’atteindre rapidement la température souhaitée à l’aide d’éléments chauffants électriques tels que les réchauffeurs à bride, les réchauffeurs à bouchon fileté, les réchauffeurs amovibles ou les chauffe-eau à immersion.

Chauffage tubulaire

Les résistances chauffantes tubulaires de Wattco constituent la solution de chauffage industrielle la plus polyvalente pour de nombreuses applications. Les résistances tubulaires de Wattco sont configurés en usine pour presque toutes les formes ou tailles. 

Des diamètres de cintrage personnalisés peuvent être réalisés sur demande et nous pouvons fabriquer une variété de solutions de chauffage industriel, telles que des résistances tubulaires à bride. Ils sont en général en acier, acier inoxydable, Incoloy, Inconel ou alliages de titane. 

Les résistances tubulaires servent souvent de base à tous les éléments de chauffage. Ils sont dotés d’une gaine extérieure solide qui protège le dispositif de chauffage des contraintes physiques et utilisent des alliages de haute qualité pour permettre un transfert efficace de la chaleur du serpentin de résistance vers le fluide chauffant.

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