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Les performances de la salle des machines ont dépassé l’époque où l’on se contentait de mesurer la consommation de carburant par mille nautique. L’efficacité de la salle des machines aujourd’hui englobe bien plus que cela : optimisation thermique, réduction de la consommation d’énergie par les pompes, diminution des temps d’arrêt pour maintenance, intégration accrue des machines avec l’automatisation embarquée. Fondamentalement, le système de refroidissement — dont l’échangeur de chaleur à plaques (PHE) constitue l’élément central — sous-tend l’équation permettant d’atteindre l’efficacité optimale de la salle des machines. Un PHE véritablement efficace extrait la chaleur de façon optimale, avec une charge parasite minimale, une fiabilité maximale et la capacité de s’adapter à divers régimes de fonctionnement. Plus de vingt ans d’expérience du groupe SME en ingénierie maritime, ainsi que son portefeuille étendu de produits — tels que les systèmes ICCP, MGPS, SED et équipements PHE —, ont permis à l’équipe de définir les principes adéquats pour transformer un équipement efficace, tel qu’un PHE, en un véritable atout pour la salle des machines.
1. Optimisation de la conception thermique pour une consommation énergétique minimale
Le critère principal des performances des échangeurs à plaques (PHE) est l’efficacité thermique, c’est-à-dire le transfert de chaleur réel comparé à la possibilité théorique maximale. Le procédé SME implique une conception thermique qui équilibre précisément les besoins en transfert de chaleur ; ainsi, nous évitons à la fois la surdimensionnement — qui gaspillerait de précieux espaces d’installation et générerait un travail inutile des pompes — et la sous-dimensionnement — qui laisserait notre client en difficulté pour le refroidissement. L’utilisation efficace d’angles en chevron optimaux et de nervures de plaques appropriées permet d’obtenir une forte turbulence à des vitesses relativement faibles, ce qui se traduit par des coefficients de transfert de chaleur élevés et une faible perte de charge.
Il s'agit d'un principe fondamental de conception qui contribue directement à l'efficacité énergétique. Chaque chute de pression de 1 kPa à travers l'échangeur de chaleur à plaques (PHE) oblige la pompe à fournir une puissance supplémentaire. Cela augmente à son tour la charge du moteur auxiliaire, entraînant une consommation de carburant accrue. Le processus de conception de SME utilise des simulations CFD (mécanique des fluides numérique) de pointe pour modéliser l'écoulement à travers le jeu de plaques du PHE. Cette approche permet d'obtenir une répartition uniforme de la vitesse à travers le jeu de plaques, éliminant ainsi les « zones mortes » et réduisant au minimum le risque d'encrassement. Le résultat est un PHE capable d'accomplir sa tâche désignée avec la perte de pression la plus faible possible — des économies qui s'accumulent tout au long de la durée de vie d'un navire.
2. Réduction de l'encrassement et allongement des intervalles de nettoyage
Le voleur invisible des performances PHE : l’encrassement. L’encrassement (biofilm, tartre et dépôt de particules sur les surfaces d’échange thermique) augmente la résistance thermique des plaques, entraînant une demande accrue d’énergie de pompage et des températures de fonctionnement plus élevées du moteur. Les solutions SME pour lutter contre l’encrassement : nos plaques possèdent des finitions de surface spéciales et optimisées qui limitent la force d’adhérence des dépôts biologiques et minéraux. La conception du profil ondulé en chevron génère des forces de cisaillement locales dans la zone d’entrée des plaques, favorisant la rupture des dépôts d’encrassement.
En outre, nos échangeurs PHE conçus pour les PME intègrent des orifices d’entretien accessibles et des fenêtres de visualisation permettant de vérifier visuellement l’encrassement, ainsi que des procédures complètes de nettoyage avec des agents chimiques compatibles (respectant les plaques et les joints). Couplés à notre système de prévention de la croissance marine (MGPS), les organismes marins ne s’installent plus dans les prises d’eau de mer, réduisant ainsi le taux d’encrassement au minimum. Cela permet d’allonger les intervalles entre les opérations de nettoyage, de minimiser les temps d’arrêt, de réduire les coûts de maintenance et d’assurer des performances thermiques supérieures à chaque étape de la vie du navire.
3. Configurations modulaires pour l’adaptabilité à la charge
Les navires modernes ne fonctionnent pas à un seul niveau de puissance tout au long de la journée. La charge du moteur principal augmente nettement pendant les manœuvres, diminue fortement lors de la navigation lente et est coupée à quai. Cela entraîne une surdimensionnement de l’échangeur de chaleur à plaques (PHE) à charge partielle, ce qui signifie que la consommation énergétique des pompes est excessive et que la stabilité thermique est médiocre à charge réduite. Un système PHE doté de plaques individuelles et/ou modulaires, ou « sections », permet d’obtenir une plus grande flexibilité. Le système de SME peut alors être configuré de sorte que toutes les sections soient en service, ou que certaines sections soient isolées ou contournées en fonction de la charge thermique instantanée, offrant ainsi des solutions de refroidissement plus économiques et plus efficaces sur le plan énergétique.
Par exemple, un échangeur de chaleur à plaques (PHE) alimentant un système de refroidissement central peut comporter une section principale et une section de réglage. À faible charge, seule la section de réglage est activée afin de satisfaire la demande thermique avec un débit d’eau de mer réduit. À pleine charge, les deux sections fonctionnent simultanément. Cette capacité ne nécessite aucune modification physique du PHE : il suffit d’adapter la logique de commande et la disposition des vannes. Le package complet d’interfaces documentaires fourni par SME pour l’intégration dans l’automatisation du navire garantit que le système peut être commandé et surveillé à distance, ainsi que chargé entièrement en mode automatique. Outre les dispositifs SME SED destinés à protéger contre les courants parasites et le système ICCP assurant la protection de la coque, nous proposons des systèmes intégrés pour la salle des machines.
4. Intégration transparente à l’automatisation et à la gestion des actifs
La salle des machines d’aujourd’hui est un « environnement numérique ». Le chef mécanicien (PHE) ne doit pas être un partenaire passif : il doit fournir activement des données. SME conçoit ses échangeurs de chaleur avec des ouvertures de raccord pré-usinées, dans lesquelles des capteurs de température, des capteurs de pression et des interrupteurs de pression différentielle peuvent être installés en usine. Ces dispositifs transmettent des indicateurs de performance — tels que le coefficient de transfert thermique, les écarts de température et les facteurs d’encrassement — au système d’automatisation du navire.
Cette méthode de service fondée sur les données transforme un système passant d’une maintenance calendaire à une maintenance basée sur l’état. Par exemple, si l’efficacité d’échange thermique diminue de 10 %, le système d’automatisation peut déclencher un appel de maintenance entièrement automatisé, accompagné des mesures de service recommandées et des pièces détachées nécessaires. Au fil du temps, ces données collectées offrent aux responsables techniques des aperçus permettant d’identifier des tendances et d’établir des références de performance afin de définir un plan idéal de nettoyage ou d’injection chimique, voire même un plan de modernisation. SME facilite le processus d’intégration avec tous les standards ouverts de communication les plus importants et peut également fournir une documentation technique complète. Avec une équipe de 100 techniciens et ingénieurs, SME Group réalise chaque année plus de 500 projets de rétrofit et de maintenance, et fournit des solutions PHE qui refroidissent vos moteurs, mais contribuent aussi à améliorer l’efficacité, la fiabilité et la préparation numérique du navire. Avec SME, vous atteindrez le niveau supérieur, au-delà de la simple préoccupation.