Quelles sont les différences entre une TAR et un refroidissement adiabatique ?

La majorité des process industriels fonctionnent avec des utilités (chauffage process, refroidissement…) spécifiques pour alimenter leurs unités à différents niveaux de températures.

Il existe plusieurs systèmes qui peuvent être installés pour assurer le refroidissement process, notamment :

• Aéroréfrigérant sec : Permet de refroidir jusqu’à environ 40°C.
• Tour Aéroréfrigérante ou Refroidisseur Adiabatique : Refroidit jusqu’à environ 25°C.
• Groupe Froid : Abaisse en température jusqu’à des niveaux négatifs.

Dans cet article, nous faisons un focus sur deux technologies « proches », qui sont pourtant bien différentes : les Tour Aéroréfrigérantes (TAR) et les Refroidisseurs Adiabatiques (RA).

Les TARs tirent parti de la chaleur latente, c’est-à-dire du principe selon lequel le changement de phase d’un fluide (dans ce cas, l’eau à refroidir qui s’évapore partiellement) retire de l’énergie sous forme de chaleur au fluide restant.
Plus précisément, la « chaleur latente d’évaporation » est l’énergie correspondant au passage du fluide (l’eau) de l’état liquide à l’état de vapeur.

Les refroidisseurs adiabatiques exploitent la chaleur sensible, c’est-à-dire l’énergie nécessaire pour élever ou abaisser la température d’un fluide sans changement de phase.
Contrairement à la chaleur latente, ce mécanisme repose uniquement sur les variations de température de l’eau et de l’air, sans transition entre les états liquide et gazeux.

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QU’EST-CE QU’UNE TOUR AÉRORÉFRIGÉRANTE ?

Principe :

Les TAR sont des équipements de refroidissement industriel basés sur le principe de l’évaporation de l’eau, qui peuvent abaisser la température d’un process ou équipement avec de l’eau allant jusqu’à environ 25°C. Leur fonctionnement repose sur un échange thermique entre l’eau chaude provenant des processus industriels et l’air ambiant.

Fonctionnement :

Elle tire parti de l’énergie issu de l’évaporation de l’eau en :

• Pulvérisant des gouttelettes d’eau à l’intérieur de la tour,
• Aspirant ou soufflant de l’air dans la tour sur un corps d’échange (plaque alvéolaire), permettant l’évaporation d’une partie de l’eau.
• Absorbant une grande quantité de chaleur avec cette évaporation, ce qui refroidit l’eau restante, qui est ensuite récupéré dans un bassin de rétention puis réinjectée dans le processus industriel.

Applications :

Elles sont utilisées dans des secteurs industriels nécessitant un refroidissement important et continu, comme :

• Les usines sidérurgiques et de spécialité.
• Les industries chimiques et pétrochimiques.
• La production d’électricité avec les centrales thermiques et nucléaires.

Les TAR sont idéales pour les installations nécessitant un refroidissement intensif, notamment dans des environnements à forte charge thermique. Elles ont donc une importante capacité de refroidissement.

Bien que très efficaces, elles nécessitent une consommation importante d’eau, ainsi qu’un traitement spécifique pour éviter la formation de tartre ou la prolifération bactérienne, comme la légionelle.

Schéma explicatif du fonctionnement global :

QU’EST-CE QU’UN REFROIDISSEUR ADIABATIQUE ?

Principe :

Les refroidisseurs adiabatiques (RA) sont une alternative, développée plus récemment, qui repose sur le refroidissement de l’air ambiant par humidification contrôlée. Ils peuvent abaisser la température d’un process ou équipement avec de l’eau allant jusqu’à environ 27°C.
Cette technologie combine les principes des systèmes à air sec et des systèmes évaporatifs.

Fonctionnement :

Le principe est similaire à la TAR, cependant il n’y a pas d’évaporation de l’eau de refroidissement du process ni de système de ruissellement de gouttelettes d’eau.

Le refroidissement est assuré par des ventilateurs d’air qui font circuler de l’air à travers des batteries d’échange pour extraire la chaleur des équipements ou des fluides industriels.
En amont de ces batteries d’échange, l’air circule à travers un corps d’échange, les médias, qui sont humidifiés lorsque la température extérieure ne permet plus le refroidissement avec un air sec. Lorsque les médias sont humides, l’air provoque l’évaporation de l’eau contenue dans le média et se refroidit jusqu’à la température de bulbe humide de l’air.
Un réseau différent du réseau d’eau froide process est utilisé pour humidifier les médias. Ce qui permet de ne pas avoir de contact entre l’eau du process et les médias et ainsi refroidir le réseau.

Applications :

Les RA sont particulièrement adaptés aux :

• Sites industriels avec des contraintes de consommation d’eau, notamment au niveau des volumes de consommation.
• Industries agroalimentaires, pharmaceutiques ou data centers, où le contrôle des conditions environnementales est crucial.
• Zones où l’eau est une ressource rare ou coûteuse.

Contrairement aux TAR, les RA nécessitent la consommation de beaucoup moins d’eau car l’humidification est contrôlée et optimisée.  Cependant, contrairement aux TARs, cette technologie impose une température de départ limitée à 27 °C.

Ces systèmes sont particulièrement performants dans des environnements chauds et secs, où le refroidissement adiabatique atteint son plein potentiel. Cependant, leur performance peut diminuer dans des zones très humides, où l’humidité ambiante limite l’efficacité de l’évaporation. Et une ambiance poussiéreuse peut impacter le fonctionnement de l’équipement.

Schéma explicatif du fonctionnement du média humide :

Rafraîchissement Adiabatique Direct – © PROFEEL (2021)

On ne peut pas définir une situation type qui serait plus adaptée à une solution qu’une autre. Cependant, voici les aspects principaux qui permettent de différencier la TAR du Refroidisseur Adiabatique dans le choix entre les deux technologies.

PERFORMANCE THERMIQUE

Les performances thermiques des tours aéroréfrigérantes (TAR) et des refroidisseurs adiabatiques (RA) dépendent largement des conditions climatiques locales.

Les TARs offrent des capacités de refroidissement élevées, particulièrement efficaces lorsque la température ambiante est modérée à élevée et que l’air est sec.
Elles exploitent pleinement le principe d’évaporation, qui absorbe une grande quantité de chaleur pour abaisser la température de l’eau.
Cependant, leur efficacité diminue dans les environnements très humides, où l’évaporation est moins performante.

Quant aux RAs, ils fonctionnent de manière optimale dans des climats chauds et secs, où l’humidification de l’air ambiant permet un refroidissement significatif.
En revanche, leur performance peut être limitée dans des conditions de forte humidité, où le potentiel de refroidissement adiabatique diminue.

En bref :

• Les TARs et les RAs sont sensibles aux variations saisonnières et à l’humidité relative.
• Les RAs sont moins adaptés aux environnements poussiéreux et aux applications nécessitant un refroidissement poussé (< 27 °C).

CAPACITÉ DE TRAITEMENT DES VOLUMES

En termes de volumes à traiter, les différences sont significatives, car ces deux technologies ne sont pas toujours adaptées aux mêmes échelles de besoins.

D’un côté, les TARs ont une capacité élevée et sont particulièrement adaptées pour traiter des volumes très importants d’eau dans des applications industrielles lourdes. Leur capacité à dissiper des quantités massives de chaleur en fait un choix privilégié pour des centrales thermiques, des aciéries, des raffineries ou des complexes pétrochimiques.

De l’autre côté, les Refroidisseurs Adiabatiques possèdent une capacité modérée. Ils sont généralement conçus pour traiter des volumes plus modestes à intermédiaires par rapport aux TAR. Ils sont parfaits pour des applications industrielles nécessitant un refroidissement efficace mais non colossal, comme dans l’agroalimentaire, les data centers ou les industries manufacturières.

En bref :

Les TARs ont la capacité de traiter des plus gros volumes que les RAs.

CONSOMMATIONS D’EAU ET D’ÉNERGIE

L’eau et l’énergie sont des critères essentiels pour évaluer les coûts opérationnels et l’impact environnemental des deux technologies.

Consommation d’eau :

Dans les SYSTÈMES ÉVAPORATIFS, comme les TARs, l’utilisation de l’eau est importante en raison de son processus d’évaporation qui est en cycle ouvert presque toute l’année. Elles nécessitent également un appoint d’eau pour compenser les pertes par l’évaporation et les purges.
Dans ce cas, la consommation d’eau est directement liée à la quantité de chaleur à dissiper, représentant un ratio d’au moins 1 litre utilisé tous les 600 Kcalc de chaleur.

En revanche, pour le SYSTÈME ADIABATIQUE, l’eau est utilisée exclusivement pour refroidir l’air qui circule à l’intérieur de l’équipement et le système utilise un cycle semi-fermé avec une humidification contrôlée. Son utilisation n’est donc pas uniquement déterminée par la quantité de chaleur à refroidir, mais également par les conditions ambiantes de température et humidité.
Ce besoin se manifeste principalement lors des journées les plus chaudes d’été, ce qui limite l’utilisation de l’eau au strict minimum.
En effet, lorsque les températures entrantes sont plus élevées, cela nécessite un plus gros delta à refroidir. Cela en fait une solution adaptée aux zones où l’eau est une ressource limitée.

Consommation d’énergie :

Le coût énergétique associé à l’utilisation d’une TAR est relativement modéré, car la majeure partie du refroidissement est assurée par l’évaporation, un processus physiquement efficace.

Pour ce qui est du RA, son coût est légèrement plus élevé en raison des ventilateurs et des systèmes de gestion d’air, surtout lorsque la demande de refroidissement est importante.

En bref :

Ici, la consommation d’eau nécessaire au fonctionnement d’un RA est fortement réduite par rapport à une TAR. Cependant, l’utilisation d’un RA reste plus coûteuse lorsque l’on prend en compte les couts de fonctionnement des ventilateurs et systèmes de gestion d’air, encore plus lorsque le refroidissement est plus important.

RISQUE BACTÉRIEN

Pour les TARs, en raison de l’utilisation d’un circuit ouvert et de la pulvérisation d’eau, elles sont exposées à un risque accru de développement bactérien, notamment de légionelle. Ce risque impose des mesures strictes, comme l’installation de traitements biocides et des contrôles réguliers pour éviter la contamination.

Les RAs, utilisant un cycle semi-fermé, présentent un risque bactérien bien plus faible. Toutefois, une humidification mal gérée ou un entretien insuffisant des filtres peut également favoriser la prolifération de micro-organismes.

En bref :

Les TARs sont exposées à de fort risque de développement bactérien imposant des traitements importants et étant soumis à rubrique ICPE 2921, ce n’est pas le cas des RAs.

MAINTENANCE ET DURABILITÉ

La maintenance et la durabilité jouent un rôle crucial dans la longévité et le coût global de ces systèmes.

Concernant les TARs, elles nécessitent un traitement rigoureux de l’eau pour prévenir l’entartrage, la corrosion et la prolifération bactérienne, notamment la légionelle. Les composants tels que les buses, les ventilateurs et les systèmes de purge doivent être régulièrement inspectés.
Bien entretenues, les TAR peuvent durer de nombreuses années, mais leur exposition constante à l’eau les rend sensibles à l’usure.

Pour ce qui est des RAs, une surveillance régulière des médias d’humidification et des filtres à air est nécessaire pour garantir un fonctionnement optimal et éviter l’accumulation de saletés ou de dépôts.
Généralement les refroidisseurs adiabatiques sont robustes, mais leur efficacité peut diminuer si l’humidification n’est pas correctement gérée.

En bref :

Les TARs nécessitent des traitements importants et des entretiens réguliers pour éviter les risques bactériens, les RAs quant à eux nécessite une maintenance, mais rien de contraignant.

IMPACT ENVIRONNEMENTAL

L’impact environnemental diffère entre les deux technologies, en fonction de leur consommation de ressources et de leurs émissions.

En effet, les tour aéroréfrigérantes peuvent rejeter des micro-gouttelettes dans l’air, ce qui nécessite des mesures pour limiter la propagation de bactéries comme légionelle. Autre impact, celui de la consommation d’eau de l’équipement, qui bien qu’utilisant de grandes quantités d’eau, celle-ci peut être en partie recyclée après traitement.

Les refroidisseurs adiabatiques, eux, ont une consommation d’eau plus faible, mais légèrement supérieure en énergie électrique, surtout si les conditions climatiques réduisent leur efficacité.
Cela est un réel avantage environnemental puisqu’ils sont idéals dans des contextes où la préservation des ressources en eau est une priorité.

En bref :

Les TAR ont une consommation d’eau importante, bien qu’elle puisse être récupérée, et les RA en consomme moins mais utilise plus d’électricité.

EMPRISE AU SOL

L’espace nécessaire pour installer ces systèmes peut influencer le choix, en particulier sur des sites industriels restreints.

Côté TARs, cela nécessite une emprise au sol en raison de leur taille et de leurs équipements auxiliaires, comme les bassins de collecte d’eau.

Les RAs, sont eux, souvent privilégiés sur des sites où l’espace est limité. De plus, leur conception modulaire peut permettre de les adapter à divers environnements.

En bref :

Les TARs ont une emprise au sol assez importante du fait des volumes traités. Cependant, à capacité de refroidissement équivalente, ce sont les TARs qui sont plus compactes.

COUT DE LA TECHNOLOGIE

Le coût initial et les coûts d’exploitation varient significativement entre les TAR et les RA.

Pour l’installation d’une TAR, l’investissement de base est modéré, avec une technologie éprouvée et largement utilisée dans l’industrie. Cependant, les coûts d’exploitation sont importants en raison de la consommation d’eau et des dépenses liées au traitement de l’eau et à la maintenance régulière.

En installant un RA, en revanche, l’investissement initial est plus élevé en raison de sa conception complexe et des matériaux spécifiques utilisés. A l’inverse, les coûts d’exploitation sont réduits grâce à une consommation d’eau plus faible, mais légèrement compensés par des coûts énergétiques potentiellement supérieurs.

En bref :

Les TARs ont un coût élevé en exploitation et les RAs en investissement initial. Cependant, le coût en investissement initial étant beaucoup plus impactant, cela fait du refroidisseur adiabatique, une solution bien plus coûteuse que l’installation d’une tour aéroréfrigérante.

Pour déterminer la technologie de refroidissement la plus adaptée à un projet industriel, il est important de prendre en compte plusieurs critères clés. Ces critères tiennent compte des spécificités du site, de ses exigences opérationnelles et ses contraintes économiques.

Tout d’abord, il faut impérativement s’adapter aux contraintes du site industriel, comme les conditions climatiques, la disponibilité de l’eau et l’espace disponible pour l’installation.

Ensuite, chaque client a des exigences spécifiques auxquelles il doit se confronter, notamment au niveau de la régulation de température (maintien, variations…) et des actions opérationnelles liés à l’exploitation des équipements et leur consommation énergétique.

Enfin, le coût global est un critère fort en termes d’investissement initial des équipements, coûts d’exploitation et frais de maintenance avec les entretiens réguliers, le nettoyage, les traitements et les contrôles.

En bref :

Chaque situation et besoin industriel étant spécifique, nous ne pouvons pas définir automatiquement la solution qui est adaptée à tel type d’installation. Cela dépendra des besoins et problématiques réels de l’industriel, les deux technologies doivent donc être considérées comme des solutions indépendantes.

Les tours aéroréfrigérantes (TAR) se révèlent particulièrement performantes pour des applications nécessitant une capacité de refroidissement élevée et continue, notamment dans des secteurs industriels lourds. Cependant, leur fonctionnement implique une consommation d’eau conséquente et une gestion rigoureuse des risques bactériens.

Les refroidisseurs adiabatiques (RA), en plus de leurs avantages environnementaux et de leur faible consommation en eau, présentent un autre atout majeur : ils ne sont pas soumis à la réglementation ICPE 2921, qui s’applique aux tours aéroréfrigérantes (TAR). Cette exemption simplifie grandement les démarches administratives et réglementaires pour les industriels, réduisant ainsi les délais et les coûts liés à la mise en conformité.
En exploitation, les RA nécessitent un entretien régulier pour maintenir leur efficacité, notamment en termes de nettoyage des surfaces de contact et de contrôle des pompes et ventilateurs. Bien que ces contraintes soient moindres que celles associées aux TAR, elles restent essentielles pour garantir une performance optimale et une durée de vie prolongée de l’équipement. Cette facilité d’exploitation, combinée à leur flexibilité, en fait une solution attrayante pour une large gamme d’applications industrielles.

Finalement, le choix entre TAR et RA doit être guidé par une analyse approfondie des besoins spécifiques, des contraintes environnementales et des priorités économiques de l’installation industrielle.

Les choix technologiques entre les tours aéroréfrigérantes (TAR) et les refroidisseurs adiabatiques (RA) se reflètent dans une variété de projets industriels, où chaque solution démontre ses atouts spécifiques en fonction du contexte d’application.

Exemple d’installation avec des TARs chez POLYREY à Ussel :

Dans les secteurs nécessitant une capacité de refroidissement élevée, comme les industries de spécialité, les TAR sont le plus souvent choisies.

Principe :

Polyrey a opté pour des TAR de 5,5MW pour la mise en circuit fermé du réseau de refroidissement du process de son usine.
Grâce à ce projet, le site pourra arrêter d’utiliser l’eau de la rivière à proximité et diminuer sa consommation.

Pour en savoir +, voici un article sur le projet.

Étude dans l’industrie des matériaux avec mise en place de RAs :

Les RA se distinguent dans des environnements où l’eau est une ressource rare ou coûteuse, ou lorsque l’emprise au sol est limitée.

Principe :

Dans le cadre d’une étude sur la mise en circuit fermé du refroidissement de compresseurs, CORETEC a étudié plusieurs possibilités de création de centrale de production de froid. Parmi celles-ci, des solutions en régime chaud et d’autre en régime froid, avec à chaque fois une variante sur les TARs ou les RAs.
Au final, le client industriel a favorisé une solution en régime froid avec 2 RAs et 2 PACs, permettant d’éviter l’émission de 570t. de CO2.

Pour avoir + d’infos sur le sujet, c’est par ici !

Étude pour GUERBET à Lanester avec des RA et TAR :

Principe :

Le site chimique de GUERBET à Lanester à étudié l’adaptation de ses installations existantes de production de froid pour subvenir à l’augmentation de ses besoins de production. Dans ce cadre, CORETEC a réalisé l’accompagnement en étudiant en premier lieu les technologies de productions de froid les plus pertinentes pour les contraintes du client.

Pour en savoir + sur l’étude, consultez notre actualité.

La valeur ajoutée de Coretec sur ces sujets.

Les solutions développées par Coretec se distinguent par leur capacité à répondre aux besoins spécifiques de chaque client et à l’indépendance que nous avons sur le choix des technologies.

Ainsi, chacun de nos projets est adapté au mieux aux besoins spécifiques de nos clients, notamment grâce à notre expertise technique, la fiabilité de nos installations et l’accompagnement sur mesure que nous leur apportons.

Nos retours d’expérience illustrent la capacité de Coretec à fournir des solutions adaptées aux besoins de chaque site industriel, consolidant ainsi notre expertise sur des sujets comme le refroidissement industriel.