Détection d’encrassement au sein d’échangeurs à plaques et ailettes brasées à partir de modèles ARX

Les échangeurs à plaques et ailettes brasées sont soumis à un encrassement. Cet encrassement entraine une augmentation de la résistance thermique sur les parois de l’échangeur et entraine une diminution de l’efficacité thermique. Afin d’optimiser les rendements des lignes de procédés, les coûts de maintenances des échangeurs, il est nécessaire de détecter cet encrassement au plus tôt. Cette étude fait suite à un précédent travail visant à détecter par méthode thermique transitoire via l’identification de fonction de transfert [1].

L’objectif de ce travail est de proposer une méthode expérimentale de détection de l’encrassement, basée sur une identification de modèle paramétrique de type ARX, intrinsèque à un système échangeur. Un modèle polynomial de type ARX (AutoRegressive model with eXternal imputs) exprime la relation entre une entrée u(t) et une sortie y(t). Le modèle paramétrique ARX transcrit des paramètres physiques d’un système en coefficients polynomiaux purement mathématiques. Ainsi, il est possible de réduire des modèles physiques complexes en modèles polynomiaux.

La démarche est la suivante : dans un premier temps, on identifie modèle ARX à partir des températures d’entrées et de sorties d’un circuit d’échangeur à plaque et ailettes brasés sans encrassement. Puis, dans un second temps, on applique ce modèle ARX propre à l’échangeur aux températures d’entrées d’un circuit d’échangeur encrassé ou non ; la réponse fournie dans le cas d’un encrassement sera différente de la réponse attendue.

Cette étude s’appuie sur des expérimentations menées sur des maquettes d’échangeurs à deux passages de fluides fonctionnant en contre-courant. Les mesures thermiques sont réalisées sur un banc expérimental, asservi en température et en débit. L’échangeur caractérisé comporte deux passes dans lesquelles circulent deux fluides. Les expériences sont menées avec comme fluide de travail l’eau ou l’air. L’encrassement est réalisé en remplissant le circuit d’une fine couche de peinture qui dégrade les échanges thermiques en se collant à la paroi et aux ailettes. On montre ainsi que la qualité de réponse du modèle ARX se dégrade lorsque l’échangeur s’encrasse.

[1] W. AL HADAD, D. Maillet, V. Schick, B. Pfortner, B. Remy. Identification expérimentale des réponses impulsionnelles en sortie d’un échangeur à une variation de température d’entrée d’un des fluides. Congrès Français de Thermique SFT 2019, Nantes, 550-551.

doi : https://doi.org/10.25855/SFT2020-124

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