La chaleur industrielle recyclée profite aux industries et à l'environnement

30 November 2021 par Corinna Barnstedt
La chaleur industrielle recyclée profite aux industries et à l'environnement

Les recherches financées par l'UE permettent de boucler la boucle grâce à de nouveaux systèmes qui récupèrent la chaleur perdue et la restituent pour la réutiliser. La majeure partie de la chaleur des procédés est perdue dans l'environnement sous forme de gaz d'échappement ou de rejets. Récupérer et réutiliser cette chaleur permet de réduire la consommation d'énergie, les émissions et les polluants. Le projet ETEKINA, financé par l'UE, a mis au point de nouveaux échangeurs de chaleur à caloducs sur mesure. Ils ont réussi à récupérer la chaleur sans contamination croisée et à la renvoyer à l'usine pour qu'elle soit utilisée dans d'autres processus. Un nouvel outil de reproductibilité permettra d'évaluer rapidement le potentiel de récupération de la chaleur résiduelle des futurs clients. En plus de leur

leur efficacité, qui permet de réduire les coûts et les émissions, ils ont également un court retour sur investissement.


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Les processus industriels représentent plus d'un quart de la consommation d'énergie primaire en Europe et produisent une énorme quantité de chaleur. La recherche financée par l'UE permet de boucler la boucle grâce à de nouveaux systèmes qui récupèrent la chaleur perdue et la restituent pour la réutiliser dans les chaînes de production industrielle.

 

La majeure partie de la chaleur des procédés est perdue dans l'environnement sous forme de flux d'échappement ou de rejet. Récupérer et réutiliser cette chaleur permet de réduire la consommation d'énergie, les émissions et les polluants. Cela permet aux industries de réduire leurs coûts, de respecter les réglementations et d'améliorer leur image de marque, avec des répercussions plus larges sur la compétitivité. L'un des plus grands défis consiste à gérer l'immense variété de températures et de composants des gaz d'échappement, ce qui rend difficile l'utilisation d'échangeurs de chaleur prêts à l'emploi. Le projet ETEKINA, financé par l'UE, a mis au point de nouveaux échangeurs de chaleur à caloducs (HPHE) sur mesure, testés avec succès dans les industries de la céramique, de l'acier et de l'aluminium.

 

Un large espace de conception répond aux besoins des flux d'échappement complexes.

Les caloducs sont des tubes scellés aux deux extrémités et contenant un fluide de travail à saturation, ce qui signifie que toute augmentation de la température entraîne sa vaporisation. Ils sont utilisés pour la gestion de la chaleur dans des applications allant des ordinateurs aux satellites et aux vaisseaux spatiaux. Dans un HPHE, les caloducs sont installés en faisceaux fixés à une plaque et placés dans un boîtier. Une source de chaleur telle que les gaz d'échappement s'écoule dans la section inférieure. Le fluide de travail se vaporise et monte dans les tuyaux, où un dissipateur de chaleur tel que de l'air frais s'écoule dans la partie supérieure de l'enveloppe et absorbe la chaleur. La structure fermée minimise les pertes tandis que la plaque minimise la contamination croisée entre les gaz d'échappement et l'air. Les HPHE nécessitent des surfaces plus petites pour un meilleur transfert de chaleur par rapport aux approches conventionnelles. Cela les rend très efficaces et limite l'encrassement. Le défi consiste à choisir les paramètres de manière à récupérer le maximum de chaleur à partir de flux de déchets complexes. Les paramètres sont très nombreux, notamment le nombre, le diamètre, la longueur et le matériau des caloducs, leur configuration d'assemblage et le fluide de travail.

 

Des modèles aux usines

Étant donné l'immense espace de paramètres, la dynamique des fluides computationnelle et la modélisation par simulation de systèmes transitoires (TRNSYS) ont été développées pour aider les scientifiques à concevoir des HPHE sur mesure pour trois applications industrielles. Par exemple, le HPHE à écoulement transversal, à ailettes et résistant à l'encrassement (les ailettes augmentent la surface pour accroître le transfert de chaleur), conçu pour récupérer la chaleur perdue d'un four à sole roulante en céramique, était le premier de cette configuration à être appliqué dans l'industrie de la céramique. Les enveloppes des caloducs étaient en acier au carbone et l'eau était le fluide de travail. "Nous avons dépassé l'objectif du projet, qui était de récupérer au moins 40 % de la chaleur résiduelle des flux d'échappement. Nos HPHE sont également beaucoup plus compacts que les échangeurs de chaleur classiques, ce qui permet de gagner un espace précieux dans l'usine. Outre leur efficacité, qui permet de réduire les coûts et les émissions, ils ont également un court retour sur investissement", déclare Hussam Jouhara de l'université Brunel de Londres et coordinateur technique et scientifique du projet ETEKINA. Les systèmes ont réussi à récupérer la chaleur sans contamination croisée et à la renvoyer à l'usine pour qu'elle soit utilisée dans d'autres processus. Le concept HPHE développé dans le cadre d'ETEKINA est hautement évolutif et peut être adapté à n'importe quel type d'échappement industriel sur une large plage de températures et pour une variété de puits de chaleur, y compris l'air, l'eau et l'huile. Un nouvel outil de reproductibilité permettra d'évaluer rapidement le potentiel de récupération de chaleur résiduelle des futurs clients.

 

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