Principe

Un refroidisseur industriel est un appareil d’échange thermique conçu pour évacuer la chaleur des matériaux, fluides ou gaz chauds utilisés en process et les abaisser à une température inférieure avant leur traitement, conditionnement ou manutention. Son principe de fonctionnement repose sur le transfert de chaleur, principalement par convection et conduction, entre une substance chaude et un fluide frigorigène tel que l’air, l’eau ou un fluide réfrigéré. Ce fluide absorbe la chaleur du produit, abaissant sa température sans en modifier la composition.

Les refroidisseurs industriels sont essentiels dans diverses industries de transformation, telles que l’agroalimentaire, la chimie, la pharmacie, les engrais, le ciment et la métallurgie, où les matériaux sortant des séchoirs, réacteurs ou fours doivent être refroidis à des températures sûres ou utilisables. Le refroidissement protège les équipements en aval, préserve la qualité des produits et permet une manutention ou un conditionnement en toute sécurité.

Principe de fonctionnement

Le principe de base d’un refroidisseur industriel est le transfert de chaleur d’un produit chaud (solide, liquide ou gazeux) vers un milieu plus froid par une surface ou par contact direct.

• Dans les refroidisseurs indirects, le produit et le fluide de refroidissement sont séparés par une paroi métallique, et la chaleur est transférée par conduction et convection (par exemple, refroidisseur à calandre et à tubes, refroidisseur rotatif, refroidisseur à vis).
• Dans les refroidisseurs à contact direct, l’air ou l’eau entre en contact direct avec le produit, et la chaleur est transférée par échange convectif (par exemple, refroidisseur à lit fluidisé, refroidisseur à tambour rotatif ou refroidisseur à glissière d’air).

La différence de température entre le produit et le fluide de refroidissement est le moteur du transfert de chaleur. La vitesse de refroidissement dépend de ce gradient thermique, de la surface d’échange et du coefficient de transfert thermique, lequel dépend de la vitesse de l’air, de la turbulence et des propriétés physiques des matériaux.

Construction

La construction d’un refroidisseur industriel varie selon son type (rotatif, à lit fluidisé, à calandre et tubes ou à vis), mais la plupart des refroidisseurs sont constitués des composants essentiels suivants :

• Chambre ou corps de refroidissement:
  L’enceinte principale où s’effectue le refroidissement est appelée chambre de refroidissement. Elle est généralement fabriquée en acier doux ou en acier inoxydable (SS304/SS316) selon l’application. La chambre peut être cylindrique (refroidisseur rotatif ou à vis) ou rectangulaire (refroidisseur à lit fluidisé ou à air). Elle est conçue pour assurer une exposition maximale du produit chaud au fluide de refroidissement tout en empêchant toute contamination ou fuite de poussière.
• Surface de transfert de chaleur:
  Dans les refroidisseurs indirects, le transfert de chaleur s’effectue par l’intermédiaire de parois ou de tubes métalliques. Ces surfaces sont conçues avec une aire suffisante pour assurer un échange thermique efficace. Par exemple, dans un refroidisseur à calandre et tubes, le fluide chaud circule dans les tubes tandis que l’eau de refroidissement circule à contre-courant autour d’eux.
• Système de refroidissement et de distribution:
  Le fluide de refroidissement peut être air ambiant, air refroidi, eau de refroidissement ou réfrigérant.
  • Dans les refroidisseurs d’air, des ventilateurs centrifuges ou axiaux soufflent de l’air à travers le lit de produit.
  • Dans les systèmes refroidis à l’eau, des tuyaux ou des serpentins font circuler l’eau à travers la chemise ou les tubes de l’échangeur de chaleur.
  • Dans les refroidisseurs spécialisés, des solutions de glycol ou de saumure sont utilisées pour le refroidissement à des températures inférieures à zéro. La conception assure une répartition uniforme du fluide frigorigène afin d’éviter les points chauds et de garantir une température constante pour l’ensemble du produit.
• Systèmes d’alimentation et de décharge:
  La matière chaude est acheminée vers le refroidisseur par une vis sans fin, un convoyeur à bande ou une vanne rotative, selon sa forme. Après refroidissement, le produit est évacué par des sorties ou des convoyeurs conçus pour maintenir un flux constant et éviter l’accumulation de produit. Le système d’évacuation comprend souvent des capteurs de température afin de garantir que le produit sorte à la température souhaitée.
• Mécanisme d’entraînement (pour refroidisseurs à lit mobile):
  Dans les refroidisseurs rotatifs ou à vis, un ensemble moteur-réducteur entraîne le tambour rotatif ou le convoyeur à vis. La rotation agite et déplace doucement le matériau à travers le refroidisseur, assurant ainsi une exposition uniforme au fluide réfrigérant et empêchant l’agglomération.
• Système de traitement de l’air (pour refroidisseurs d’air):
  Un ventilateur assure le débit d’air nécessaire. Dans certaines conceptions, l’air peut circuler à co-courant ou à contre-courant du mouvement du produit afin d’optimiser la récupération de chaleur. Des dépoussiéreurs, des filtres à manches ou des cyclones sont utilisés pour éliminer les particules fines entraînées par l’air d’échappement.
• Instrumentation et contrôle:
  Les refroidisseurs industriels modernes sont équipés de capteurs de température, de manomètres, de débitmètres et de systèmes de contrôle automatisés. Un panneau de commande PLC-IHM permet aux opérateurs de surveiller les températures d’entrée et de sortie du produit, le débit d’air et la vitesse du moteur. Des dispositifs de sécurité empêchent la surchauffe, la surpression et les pannes mécaniques.
• Cadre de support et isolation:
  Le système de refroidissement est monté sur un châssis en acier rigide équipé d’amortisseurs de vibrations pour garantir sa stabilité. Dans les applications à haute température, une isolation thermique externe minimise les pertes de chaleur et protège les opérateurs.