Etude et développement d'un dispositif acoustique de suivi en ligne de l'encrassement des échangeurs de chaleur à plaques

• Auteur / Autrice : Bassam Merheb
• Direction : Bertrand Nongaillard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Valenciennes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ultrasons

Échangeurs de chaleur -- Encrassement

Mots clés libres

Capteurs

Résumé

La mesure de l'encrassement des échangeurs à plaques utilisés dans l'industrie agroalimentaire constitue un problème majeur aboutissant à des temps d'arrêt d'installations importants et entraînant des surcoûts. La mesure se fait habituellement au travers de la variation de l'efficacité de transfert thermique ou de la perte de charge dans l'échangeur. Cette information est peu précise et ne permet pas d'optimiser les temps d'arrêt des installations. Elle est de plus globale, peu répétitive et difficile à exploiter pour comprendre les mécanismes d'encrassement au sein d'un échangeur. Nous proposons dans ce travail de mettre en œuvre une méthode acoustique locale de suivi non intrusif de l'encrassement. L'utilisation d'une onde acoustique basse fréquence transmise au travers les plaques de l'échangeur et couplée à un traitement des signaux dans une bande de fréquence allant de 1KHz à 10KHz a démontré une bonne sensibilité Après avoir présenté une modélisation du comportement acoustique des capteurs utilisés, associés aux plaques de l'échangeur, le dispositif expérimental sera décrit et des résultats démontrant la sensibilité de la méthode à la mesure d'encrassement seront analysés. Un dispositif multi capteurs conduisant à des mesures locales sera également présenté dans une perspective d'utilisation visant à comprendre les mécanismes d'encrassements et leurs cinétiques.

A common problem in the dairy industry, the fouling of plate heat exchangers reduces both the performance of the heat exchanger and the quality of the product. Moreover, it can cause severe hygienic and microbiological problems. For these reasons, monitoring fouling is a key issue for the food industry. Unfortunately, fouling is not easy to detect on-line. The degree of fouling is normally evaluated by measuring the variations in the efficiency of the heat transfer or the loss of pressure inside the exchanger. This information is not very precise and thus does not allow the time that the line is stopped for cleaning to be optimized. In addition, the information is general, non-repetitive and difficult to exploit in order to improve understanding of the mechanisms of fouling. This study aims is to provide the detection of fouling on-line. A new acoustic technique based on optimized non-intrusive sensors was investigated for monitoring the fouling of plate heat exchangers in situ. A prototype device with multiple sensors was developed and used in experimental on-line fouling trials. Our analysis of a low-frequency acoustic wave (1-10 KHz) propagated through the plates demonstrated an excellent degree of sensitivity when measuring fouling locally. Comparing the evolution of the delay of the acoustic wave provides an image of the fouling rate for each zone inside the exchanger. This non-intrusive acoustic technique can also be used to monitor the cleaning of plate heat exchangers in real time. Further investigation of local measurement techniques could improve understanding of the mechanisms and kinetics of fouling.