réfrigérants

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Le refroidissement d’eau chaude est assuré par l’air au moyen de trois types de réfrigérants (figure 17 circuits de refroidissement) : humides, secs, ou hybrides.

Pour dimensionner un réfrigérant nous avons besoin des caractéristiques suivantes :

  • la quantité de chaleur horaire à éliminer Q (en J·h–1) ou puissance du réfrigérant ;
  • le débit d’eau à refroidir qv (en m3·h–1)
  • l’écart ou l’abaissement de température de l’eau T (en °C) (en général entre 8 et 12 °C) d’où l’on déduit Pr = qv ΔT Cp.

La détermination de la température de l’eau refroidie doit être choisie judicieusement. Elle doit être déter­minée en se posant les questions suivantes :

  • quelle est la température maximale de l’eau refroidie compatible avec le bon fonctionnement de l’installation ?
  • est-il possible pendant un temps limité d’accepter un léger dépassement ?
  • cette température maximale est-elle atteignable en fonction des conditions climatiques sachant que « l’approche » i.e., la différence entre la température de l’eau refroidie est celle de l’air froid humide en général entre 5 et 6 °C (cf réfrigérant humide) ou celle de l’air sec (cf réfrigérant sec), doit être au minimum de 5 °C ?

réfrigérants « humides » ou atmosphériques

L’eau à refroidir est en contact avec l’air et le transfert des calories est assuré principalement par évapo­ration partielle de l’eau et enrichissement en humidité de l’air (85 à 90 % de l’échange) et aussi par échauf­fement direct de l’air ou convection. Cet échange dépend donc surtout de l’humidité de l’air ambiant.

Le réfrigérant industriel classique est réalisé selon la figure 17 de la section circuits de refroidissement.

Il peut être :

  • à tirage naturel, l’air circule du fait de sa densité inférieure dans la tour ;
  • à circulation d’air et d’eau à contre-courant ;
  • à surface d’échange à film ou à goutte selon la nature de l’eau, (volume de garnissage minimum) ;
  • à tirage mécanique, la circulation d’air est assurée par un ventilateur aspirant pour les solutions classi­ques et par un ventilateur soufflant pour certains cas particuliers.

Au cours de cette opération, l’air s’humidifie et se réchauffe.

La représentation sur le diagramme de l’air humide nous donne (figure 54) :

Diagramme air humideImage sécurisée
Figure 54. Diagramme de l’air humide

Remarque : on suppose que l’air sortant du refroidisseur est saturé en eau.

Connaissant le débit de l’eau et le T, on en déduit la puissance du refroidisseur (Pr) et donc le point 2.

formule : réfrigérants - puissance du refroidisseur

Pour obtenir le point 3, il suffit de suivre l’isenthalpie passant par 2 jusqu’à la courbe de saturation.

avec :

H3S enthalpie spécifique de l’air au point 3 (en KJ · kg–1),

H2S enthalpie spécifique de l’air au point 2 (en KJ · kg–1),

H1S enthalpie spécifique de l’air au point 1 (en KJ · kg–1),

mas = débit air sec (kg · h–1).

réfrigérants secs

L’eau circule dans des tubes à ailettes et n’est pas en contact avec l’air.

Lors de cette opération, le transfert des calories est assuré par le seul échauffement de l’air.

La représentation sur le diagramme de l’air humide nous donne (figure 55) :

Réfrigérants secsImage sécurisée
Figure 55. Réfrigérants secs

Connaissant la quantité de chaleur à évacuer (ou la puissance du refroidisseur Pr), on détermine le point 2.

formule : réfrigérants - refroidisseur Pr

réfrigérants secs humides ou hybrides : « tour sans panache »

Cette technique consiste à associer un ensemble d’échangeurs de type « sec » avec une réfrigération de type « humide » à courants croisés ou à contre-courant.

Les combinaisons entre zone sèche et zone humide sont multiples. Prenons par exemple le cas où l’eau traverse d’abord des faisceaux échangeurs, puis est admise dans la zone humide (la majorité de la puissance thermique étant évacuée dans cette zone).

Les flux d’air sortant des deux zones sont mélangés afin que l’air sortant du système ne soit pas saturé en humidité. Il n’y a pas alors de panache associé au réfrigérant.

La représentation sur le diagramme de l’air humide nous donne (figure 56) :

réfrigérants secs humide hydrides tour sans panacheImage sécurisée
Figure 56. Réfrigérants secs humides ou hybrides : « tour sans panache »

Remarques :

  • 2 et 3 ne sont pas sur une isenthalpie ;
  • la détermination de 2 et 3 nous impose une connaissance du refroidisseur utilisé (ce qui n’est pas le cas ici) ;
  • on détermine graphiquement le point 4 en utilisant la relation :

formule : réfrigérants sec humides ou hybrides

avec mas2 = débit d'air sec passant dans la zone sèche

refroidissement d’eaux sales

En recirculation d’eau de lavage de gaz ou en refroidissement d’eaux résiduaires avant épuration, les réfri­gérants peuvent être affectés par des difficultés d’entartrage, de salissure, sinon de corrosion. Ces difficultés peuvent être limitées en constituant la surface d’échange non plus par des filins ruisselant sur des garnissa­ges mais par des projections de gouttelettes d’eau sur des caillebotis en matière plastique.