Base de connaissances
Un échangeur de chaleur à tubes à ailettes - une batterie à ailettes - est la partie active de tout radiateur, aéroréfrigérant et condenseur à air. Le liquide circule dans les tubes ; l'air circule autour d'eux ; et comme l'air transfère la chaleur bien moins bien que l'eau, l'extérieur des tubes est multiplié par de fines ailettes jusqu'à ce que les deux côtés soient en équilibre. Une bonne batterie place quinze à vingt mètres carrés de surface d'ailettes sur chaque mètre carré de surface frontale, et le métier du concepteur consiste à choisir le tube, l'ailette, le pas et les rangs en fonction de la puissance et du site.
Ce guide explique les parties d'une batterie à ailettes et ce que produit chaque choix.
Tubes, ailettes et leur assemblage
La batterie standard des radiateurs de moteur et des aéroréfrigérants est en tube de cuivre avec ailettes en aluminium. Le cuivre conduit bien la chaleur, se brase facilement et résiste à la corrosion côté eau ; l'aluminium est léger, bon marché et bon conducteur pour l'ailette. Les ailettes sont estampées avec des collerettes, empilées sur les tubes, et les tubes sont dilatés mécaniquement pour que les collerettes les serrent fermement - la qualité de ce contact fait la qualité de la batterie. Les tubes en acier sont utilisés pour les hautes pressions et pour certains usages de procédé ; l'acier inoxydable pour les fluides agressifs.
L'ailette elle-même peut être plane ou ondulée. Les ailettes ondulées et à persiennes perturbent l'air et augmentent le transfert de chaleur par mètre carré, au prix d'une perte de charge et d'une tendance à retenir la saleté ; les ailettes planes sont le choix des sites poussiéreux et des batteries qui doivent être nettoyées souvent.
Pas d'ailettes, rangs et circuits
Le pas d'ailettes est la distance entre les ailettes, généralement de 2 à 4 mm. Un pas serré loge le plus de surface dans la batterie et donne l'appareil le plus court et le moins cher pour un air propre ; un pas large donne moins de surface par mètre mais s'encrasse bien plus lentement, et on le choisit là où l'air transporte du sable, de la poussière de ciment, des graines ou des fibres. Les rangs sont la profondeur de la batterie dans le sens de l'air : plus de rangs signifient plus de surface et une plus grande perte de charge côté air, donc des ventilateurs qui travaillent davantage ; deux à six rangs couvrent la plupart des besoins.
Les circuits sont le nombre de chemins parallèles que le liquide emprunte dans les tubes. Ils fixent la vitesse dans les tubes - assez rapide pour un bon transfert de chaleur et pour éviter l'écoulement laminaire et l'encrassement, assez lente pour éviter l'érosion du cuivre - et, avec le nombre de passes, ils fixent la perte de charge côté liquide. Pour un radiateur de moteur, la limite de perte de charge externe imposée par le constructeur du moteur décide du circuitage avant toute autre chose : une batterie qui la dépasse prive le moteur de débit.
Matériaux pour le littoral, le désert et l'industrie
Les ailettes en aluminium nu tiennent dans une atmosphère C3. Le sel les attaque et le couple galvanique entre le tube de cuivre et l'ailette d'aluminium ronge l'ailette depuis la collerette vers l'extérieur jusqu'à ce qu'elle ne conduise plus la chaleur. Pour les sites côtiers, offshore et industriels - C4, C5-M, CX selon ISO 12944 - les ailettes sont réalisées en AlMg2.5, un alliage résistant à l'eau de mer, ou toute la batterie reçoit un revêtement époxy après fabrication, ou les deux. Le revêtement ajoute une faible résistance thermique dont la conception tient compte ; il est essayé au brouillard salin neutre selon ISO 9227.
Le caisson suit la même classe : acier galvanisé à chaud pour C3 et C4, galvanisé et peint avec un système duplex ou acier inoxydable pour C5. La visserie, les protections et les presse-étoupe sont assortis au caisson, et la classe de corrosion et le système de protection sont indiqués sur la fiche technique.
Air chaud, air raréfié et batterie
Une batterie dimensionnée pour une température ambiante de 35 °C est trop petite à 50 °C, car l'écart de température qui fait passer la chaleur à travers les ailettes a diminué d'un tiers. En altitude, l'air est plus rare - 10 % de masse volumique en moins par tranche de 1 000 m - si bien que les mêmes ventilateurs déplacent moins de masse et que la batterie demande plus de débit d'air ou de surface. L'air humide transporte de la vapeur qu'il faut aussi chauffer. Rien de tout cela ne change la construction de la batterie ; cela en change la taille, et la fiche technique indique la température ambiante, l'altitude et la base d'humidité auxquelles la puissance correspond.
TECS construit ses batteries à ailettes dans sa propre usine d'İzmir - tubes, ailettes, dilatation, brasage et essai de pression - et étudie chaque batterie pour la puissance et le site. Pour une batterie ou un radiateur complet, envoyez la puissance thermique, les débits, les températures et les conditions du site, ou envoyez la fiche technique du moteur.
En bref
- Les ailettes multiplient par quinze à vingt la surface côté air
- Tube de cuivre et ailette d'aluminium en standard ; AlMg2.5 et revêtement époxy pour les sites agressifs
- Pas d'ailettes de 2 à 4 mm : serré pour un air propre, large pour la poussière
- Les rangs fixent la surface et la perte de charge côté air ; les circuits fixent la vitesse dans les tubes et la perte de charge côté liquide
- La limite de perte de charge du constructeur du moteur décide du circuitage de la batterie d'un radiateur
- TECS fabrique ses batteries dans sa propre usine et étudie chacune pour la puissance et le site
Pour faire étudier une batterie
- Puissance thermique, débit du liquide et températures d'entrée et de sortie
- Liquide : eau, pourcentage de glycol, huile ou autre
- Perte de charge admissible côté liquide
- Conditions de l'air : température ambiante, altitude, poussière et sel
- Surface frontale et profondeur disponibles, si la batterie doit s'adapter à un caisson existant
- Dimensions et positions des raccordements
Les questions qu'on nous pose souvent
Pourquoi les ailettes sont-elles en aluminium et non en cuivre ?
L'aluminium conduit assez bien la chaleur pour une ailette mince, pèse un tiers du cuivre et coûte bien moins cher. Les ailettes en cuivre ne sont utilisées que dans des cas particuliers ; contre la corrosion, la réponse est un alliage aluminium-magnésium ou un revêtement, pas le cuivre.
Quel pas d'ailettes convient à mon site ?
Des pas serrés pour un air propre et l'appareil le plus compact ; des pas plus larges là où l'air transporte de la poussière, des graines ou des fibres, car la batterie doit conserver son débit d'air entre deux nettoyages. Le choix est fait lors de l'étude pour le site, en même temps que la forme de l'ailette.
Plus de rangs signifie-t-il toujours plus de puissance ?
Plus de surface, oui, mais l'air s'échauffe en traversant chaque rang, de sorte que chaque rang supplémentaire apporte moins que le précédent, et la perte de charge côté air augmente à chaque rang. Au-delà d'une certaine profondeur, une batterie plus longue ou plus large est la meilleure façon d'ajouter de la puissance.
Une batterie peut-elle être remplacée dans un radiateur existant ?
Généralement oui : la batterie est construite aux dimensions et aux raccordements du caisson. C'est aussi le moment de changer le matériau des ailettes ou le pas si l'origine ne convenait pas au site.
Comment une batterie est-elle essayée ?
Chaque batterie TECS est soumise à un essai de pression en usine avant de partir ; la pression d'essai et le résultat figurent dans le procès-verbal d'essai livré avec l'appareil.
Contactez-nous
Envoyez-nous la puissance thermique, les températures et débits des fluides, les conditions ambiantes et les contraintes d'installation. Nous vous répondons avec une proposition de conception - ou écrivez-nous sur WhatsApp.
