3.10 CALORIFUGEAGE DES TUYAUTERIES
3.10.1 NECESSITE DE CALORIFUGER
Les pertes de chaleurs des fluides véhiculés dans les tuyauteries sont des pertes d'énergie, il faut donc les combattre avec la plus grande efficacité. A titre d'exemple, une tuyauterie dn 100 ayant une température de 200°C et de longueur L = 60 m peut perdre une quantité d'énergie équivalente à 3 litres de gasoil à l'heure, soit quelque 26 250 l / an.
Le calcul économique d'une installation est assez complexe et le choix d'une solution devra tenir compte de la durée de fonctionnement annuelle, de la durée de vie de l'installation d'une part et du prix de l'isolation d'autre part. Le calcul est également applicable pour des installations frigorifiques ou l'inverse est visé, c'est-à -dire que l'on empêche le fluide de se réchauffer, ce réchauffement entraînant également une perte d'énergie. Une autre nécessité, est la protection du personnel à partir de 60°C.
Les pertes de chaleur se font simultanément par convection, par conduction et par rayonnement
Q = Kg . S . ( T2 - T1 )
Q = quantité de chaleur transmise W/m
Kg = coefficient global de transmission W/m²°K
S = surface extérieure m²
( t2 - t1 ) = différence de température entre le fluide et le milieu ambiant °K ( ou °C )
Le coefficient ( Kg ) varie en fonction de la nature du calorifuge, de sa masse volumique, de l'épaisseur et du Dt.
3.10.2 LES MATERIAUX ISOLANTS
Les matériaux utilisés dans l'isolation thermique des canalisations doivent posséder un certain nombre de caractéristiques mécaniques et chimiques dont la plus importante est la conductibilité thermique ( l ), qui doit avoir la valeur la plus faible possible, les autres caractéristiques importantes sont:
- Résistance chimique vis-à -vis de l'environnement
- " à l'action de l'humidité
- " aux vibrations ( éviter le tassement du calorifuge vers le bas )
- " mécanique sous température
- " au feu
- Aucune action néfaste sur la santé du personnel
- Faible masse volumique
- Facilité d'installation
C'est l'air qui est le meilleur des isolants à condition toutefois qu'il soit immobile ( milieu fermé ). Tous les isolants massiques sont basés sur ce principe, ils sont donc composés d'une masse comportant une multitude de petites bulles d'air isolées les unes des autres. Une formule empirique permet de déterminer approximativement la valeur de l pour des températures proches de l'ambiance.
l = 0,9 d‘ = densité de l'isolant ( nombre sans dimension )
1. Types de matériaux isolants
L'isolation des tuyauteries peut, en principe, être réalisée aussi bien avec des matelas sur treillis ( tuyauterie > à 200 mm ) qu'avec des coquilles ( tuyauterie £ 200 mm ), mais l'utilisation de coquilles pour des diamètres de l'ordre de 350 mm peut être envisagée pour des cas particuliers ( haute température par exemple ).Il est toujours possible que l'eau puisse s'infiltrer derrière l'isolation et qu'elle soit en contact avec le métal. Il faut donc que le métal soit protégé par un coating appliqué conformément aux prescriptions du fabricant.
a) Fibres de verre: ( laine de verre ) soit en vrac pour bourrages, soit en matelas, soit en coquilles. Utilisées pour des températures allant de - 180°C à + 510°C. Incombustibles, résistant aux chocs et à l'humidité. N'attire ni la vermine, ni les rongeurs ( l = 0,032 + 0,00016 T = W/m°K ); masse volumique 30 à 300 kg/m³; chaleur spécifique= 840 J/kg°K.
b) Laine de roche: ( laine minérale ) livrable soit en coquilles rigides englobant les tuyaux jusque 500 mm et résistant à des températures jusque 600°C ou sous forme de matelas, les fibres étant retenues entre 2 treillis en fil de fer ou en métal déployé. Cette dernière forme est généralement employée pour couvrir de grandes surfaces. ( l = 0,035 + 0,00014 . T = W/m°K ) ; masse volumique de 80 à 150 kg/m³; chaleur spécifique = 920 J/kg°K.
c) Laine de scories: ( coton de silicone ) forme granulaire de laine minérale. Fournie en formes moulées rigides ( coquilles ) ou matelas semi-rigide. Pour température jusque 600°C ( pour caractéristiques voir b)
d) Céramique: matériau non combustible et résistant. Revêtement réfractaire et isolant. S'applique par projection au moyen d'un pistolet pneumatique ou en vrac comme bourrage ou en matelas. Résiste très bien aux températures élevées ( 1200°C ) ainsi qu'au froid. Résistant aux attaques des produits chimiques. Absorbe l'humidité jusqu'à un certain degré.
e) Silicate de calcium: composé généralement de +/- 15% de fibres avec remplissage de diamotite ( Kieselguhr ) et d'un matériau durcisseur. S'emploie sous forme rigide ( coquilles ) ou plastique. Pour des températures de 200 à 1000°C ( l = 0,05 + 0,00013 . T ) ; masse volumique = 200 kg/m³ ; chaleur massique = 920 J/kg°K.
f) Kieselguhr ( diatomite ): se trouve à l'état naturel. Il a en séchant une structure proche de la magnésie, mais en possédant une meilleure conductibilité. Peu de résistance mécanique. Pour des températures de 900 à 1000°C.
g) Perlite: d'origine volcanique, c'est une poudre constituée de particules formées d'une paroi siliceuse entourant une bulle gazeuse, elle peut être utilisée telle quelle en poudre, mais également en matelas ou en coquille. Elle est surtout utilisée pour l'isolation cryogénique ( avec ou sans vide ).( l = 0,046 + 0,00012 . T ); masse volumique = 40 à 100 kg/m³; chaleur massique = 840 J/kg°K
h) Vermiculite: Silicate double d'alumine ou de magnésie qui s'expanse vers 500°C, avec une augmentation de volume des particules. Il peut être utilisé avec du ciment ou du plâtre comme liant ( coquilles ). C'est la nature du liant qui conditionne les caractéristiques mécaniques du produit.
( l = 0,089 + 0,00007 . T ) ; masse volumique = 70 à 110 kg/m³ ; chaleur massique = 880 J/kg°K.
i) Liège : utilisé pour les basses températures ( - 160 à + 90°C ). Résistance mécanique appréciable, résiste bien à l'humidité, obtenable en coquilles ou moules. Résiste bien aux vibrations, mais il est combustible. ( l = 0,046 + 0,00012 . T ) ; masse volumique = 100 à 200 kg/m³; chaleur spécifique = 1380 J/kg°K.
j) Mousse de verre : verre fondu détendu, d'aspect cellulaire, monté en coquilles et / ou en matelas. Bonne résistance à l'humidité et incombustible. Résiste aux températures de - 240 à + 425°C. ( l = 0,051 + 0,00015 . T ); masse volumique = 130 à 160 kg/m³; chaleur spécifique = 840 J/kg°K.
k) Mousse de polyuréthane : matériau synthétique très léger, très basse conductibilité, convient bien pour les industries cryogéniques. pour service entre -240 et + 110°C. S'emploie sous différentes formes à savoir:
- Forme rigide: moules, coquilles, enveloppes pré-moulées
- Par injection: remplissage d'un espace annulaire ( par exemple ) entre 2 tuyauteries ou entre 2 parois
- Par projection directe au moyen d'un pistolet pneumatique sur les équipements à protéger.
- En forme souple ( matelas )
( l = 0,037 + 0,00005 . T ) ; masse volumique = 10 à 0 kg/m³; chaleur spécifique = 1380 J/kg°K .
l) Les isolants métalliques : la qualité d'un isolant dépend de la quantité de cellules remplies d'air et isolées pour éviter les courants de convection. il s'avère possible de fabriquer des isolants métalliques dont la structure cellulaire remplit les conditions d'isolation. Ces isolants ne perdent pas leur qualité d'isolation sous pression. Ils ont été mis au point pour les réacteurs nucléaires de la filière graphite-gaz. Ils constituent la solution lorsque l'isolant est sous pression ( 400 bar ) et pour une température de 500°C. Il est cependant très cher.
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