Les échangeurs de chaleur à calandre et tubes comptent parmi les systèmes de transfert thermique les plus éprouvés et les plus fiables, permettant à deux fluides différents d’échanger de la chaleur sans se mélanger. Le principe de fonctionnement de base repose sur le fait qu’un fluide circule à l’intérieur des tubes, tandis que l’autre fluide s’écoule à l’extérieur des tubes, du côté de la calandre.
Le transfert de chaleur s’effectue le long de la surface des tubes par des mécanismes de conduction et de convection, en fonction du mouvement des fluides. De cette manière, un échange thermique contrôlé, sûr et efficace est assuré même dans des conditions de température et de pression élevées.
Modes de fonctionnement selon la configuration d’écoulement
L’un des facteurs les plus importants influençant l’efficacité du transfert thermique dans les échangeurs de chaleur à calandre et tubes est la configuration d’écoulement :
• Écoulement parallèle :
Les deux fluides entrent dans l’échangeur de chaleur dans la même direction. Bien qu’un transfert de chaleur rapide soit obtenu au début, la différence de température en sortie est limitée.
• Écoulement à contre-courant :
Les fluides circulent en sens opposés. Cette configuration crée une différence de température moyenne plus élevée, offrant une efficacité maximale de transfert thermique et constituant la méthode la plus couramment utilisée dans les applications industrielles.
Conceptions à simple passage et à passages multiples
Les échangeurs de chaleur à calandre et tubes peuvent être conçus avec différents nombres de passages en fonction des exigences du procédé :
• Les systèmes à simple passage sont privilégiés pour des applications simples avec de faibles pertes de charge.
• Les systèmes à passages multiples augmentent la vitesse d’écoulement et la turbulence, améliorant ainsi les performances du transfert thermique.
Cette flexibilité permet aux échangeurs de chaleur à calandre et tubes de s’adapter facilement à différentes capacités et conditions de procédé.
Rôle de la structure de la calandre et des tubes
• Les tubes constituent la surface principale de transfert thermique et sont généralement fabriqués en cuivre, alliages cuivre-nickel, acier inoxydable, acier au carbone ou alliages spéciaux.
• La calandre dirige le second fluide circulant autour des tubes, assurant le contrôle de l’écoulement à l’intérieur de l’échangeur de chaleur.
Grâce à cette structure robuste et modulaire, les échangeurs de chaleur à calandre et tubes peuvent fonctionner en toute sécurité pendant de nombreuses années sous des conditions de haute pression, de haute température et avec des fluides agressifs. Ce principe de fonctionnement fait des échangeurs de chaleur à calandre et tubes une solution de transfert thermique indispensable, en particulier dans les procédés industriels critiques.
