Guide des radiateurs en alliage d'aluminium pour groupes électrogènes : noyaux, alliages, coûts

La plupart des acheteurs choisissent l’aluminium pour son prix et son poids. La raison la plus importante est qu'un radiateur en alliage d'aluminium correctement spécifié peut être conçu autour de la défaillance qui a tué l'unité d'origine, qu'il s'agisse d'un air chargé de sel, d'une température ambiante d'été de 48 degrés Celsius ou d'un ventilateur qui déplace moins d'air que ne le supposait la conception d'origine.

Ce guide explique de quoi est fait un radiateur en alliage d'aluminium pour groupe électrogène, en quoi les noyaux à tubes et ailettes diffèrent des noyaux à plaques et ailettes, comment en dimensionner un à partir des données de moteur publiées, où l'aluminium échoue réellement et ce qui doit figurer sur la fiche technique avant l'émission d'un bon de commande.

Qu'est-ce qu'un radiateur en alliage d'aluminium ?

Un radiateur en alliage d'aluminium est un échangeur de chaleur dans lequel les tubes, les ailettes, les collecteurs et les réservoirs sont tous construits en alliages d'aluminium et reliés par brasage, de sorte que le chemin du liquide de refroidissement fini ne contient ni laiton ni cuivre.

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La liste des alliages est plus courte que ce à quoi s’attendent la plupart des acheteurs. Les noyaux des groupes électrogènes sont constitués de trois familles :

• Aluminium 3003 pour ailettes et tubes, sélectionné pour sa formabilité et sa conductivité thermique dans la plage de 190 à 205 W/mK.
• Gaine 4045 ou 4343 roulée sur la tôle centrale, qui fournit l'apport de brasage pendant le cycle du four.
• 6061 ou 6063 pour les réservoirs, cadres et supports soudés, où la résistance structurelle compte plus que le transfert de chaleur.

L'étape d'assemblage sépare un véritable radiateur en aluminium d'un radiateur assemblé. Le brasage sous atmosphère contrôlée (CAB) pousse le noyau entier dans un four à azote à environ 600 degrés C, de sorte que la gaine fond et que chaque contact entre les ailettes et le tube devient une liaison métallurgique. Un noyau qui repose sur une expansion mécanique ou de l'époxy perd à la place une zone de contact au fur et à mesure des cycles thermiques, et la perte de contact est le chemin le plus rapide vers une culasse chaude.

Géométrie du noyau à tube et aileron ou à plaque et aileron

Le tube et les ailettes sont la géométrie par défaut pour les radiateurs des générateurs diesel car ils peuvent être nettoyés mécaniquement ; la plaque et les ailettes sont choisies lorsqu'une enveloppe fixe doit fournir un rejet maximal de chaleur de l'air propre.

L'écart entre les deux se rétrécit une fois l'entretien pris en compte. Un noyau à plaques et ailettes qui s'encrasse avec de la poussière de mine peut perdre plus de capacité en une saison qu'un noyau à tubes et ailettes en perd en trois, car l'empilement de plaques brasées ne peut pas être retiré et le nettoyage chimique atteint rarement la moitié inférieure du bloc. Les calculs de dimensionnement derrière les deux géométries sont traités dans ce guide de dimensionnement des noyaux d'ailerons tubulaires et d'ailerons plats.

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Dimensionnement d'un radiateur en alliage d'aluminium à partir des données du moteur

Dimensionnez le radiateur à partir du rejet de chaleur du liquide de refroidissement publié par le moteur, jamais à partir du chiffre kW de la plaque signalétique.

Les constructeurs de moteurs publient le rejet de chaleur de l'eau de chemise et du refroidisseur final pour chaque valeur nominale. Sur les groupes électrogènes diesel, la charge côté liquide de refroidissement atteint normalement entre 0,30 et 0,45 kW de chaleur pour chaque kW de sortie d'arbre, selon que le refroidisseur final partage ou non le circuit de chemise. Un ensemble de 500 kW injecte donc environ 150 à 225 kW dans son liquide de refroidissement, et ce chiffre, et non 500, constitue l'entrée pour la sélection du noyau.

La correction ambiante est le point où les projets de remplacement échouent le plus souvent. Un noyau conçu pour une température ambiante de 40 °C ne maintiendra pas la température du liquide de refroidissement à 50 °C. Prévoyez 10 à 18 % de surface frontale en plus, ou acceptez une marge plus étroite entre la température normale du liquide de refroidissement et le point de réglage de l'alarme. La courbe du ventilateur est aussi importante que le noyau : des ailettes plus denses augmentent la pression statique côté air, le même ventilateur déplace alors moins d'air et la surface supplémentaire s'annule.

Là où les radiateurs en alliage d'aluminium échouent

Les radiateurs en alliage d'aluminium tombent en panne beaucoup plus souvent du côté du liquide de refroidissement que du côté de l'air, et le mécanisme est presque toujours dû à une contamination par des chlorures ou à une dérive du pH.

L'aluminium se protège avec une fine couche d'oxyde passive. Cette couche tient à un pH de 7,5 à 9,5 avec du glycol inhibé, et elle se décompose lorsque le liquide de refroidissement sort de cette fenêtre ou lorsque le chlorure de l'eau d'appoint non traitée dépasse la limite inscrite dans les spécifications du constructeur du moteur, qui est généralement d'environ 40 ppm pour les systèmes de refroidissement en aluminium.

Sur les plateaux côtiers et offshore, la protection côté air est tout aussi importante que la chimie du liquide de refroidissement. Un revêtement époxy ou polyuréthane correctement appliqué sur un noyau nettoyé prolonge la durée de vie bien au-delà des cinq à sept ans pendant lesquels un noyau non revêtu survit dans le brouillard salin, à condition que les bords des ailettes soient entièrement recouverts et que le revêtement ne soit pas si épais qu'il comble les interstices des ailettes.

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Coût, délai de livraison et fiche technique

Un radiateur en alliage d'aluminium personnalisé pour un groupe électrogène de 200 à 800 kW coûte généralement 15 à 30 % de moins qu'un noyau de remplacement de marque OEM, avec un délai de livraison de trois à six semaines lorsqu'aucun nouvel outillage n'est nécessaire.

Le délai de livraison dépend du degré de complétude des spécifications. Les acheteurs qui fournissent un dessin coté et un chiffre de débit de liquide de refroidissement reçoivent une offre ferme en quelques jours. Les acheteurs qui envoient une photo reçoivent d’abord une semaine de questions. Sept éléments sur la feuille évitent presque tous les retards :

1. Enveloppe du noyau, positions des réservoirs et centres des trous de montage sur un dessin coté.
2. Rejet de chaleur requis à la température ambiante indiquée, avec débit de liquide de refroidissement en litres par minute et température d'entrée.
3. Débit d'air en mètres cubes par seconde à la pression statique de fonctionnement du ventilateur.
4. Pression d'essai côté liquide de refroidissement, normalement 1,5 fois la valeur nominale du bouchon de pression.
5. Ports pour le remplissage, la vidange, le capteur de température, l'interrupteur de faible niveau de liquide de refroidissement, le trop-plein et la désaération.
6. Spécification du revêtement si le site est côtier, chimique ou offshore.
7. Données de référence croisée : numéro de pièce OEM, gamme de série du moteur et modèle de groupe électrogène.

Pour les familles de moteurs à grand volume, des noyaux préfabriqués existent déjà et évitent entièrement les frais d'outillage, y compris des radiateurs de générateur compatibles Cummins qui correspondent aux modèles de montage standard. Cette route coûte moins cher et est expédiée plus rapidement qu'un noyau entièrement personnalisé, ce qui en fait la première question à se poser avant de payer pour un nouvel outil.

Foire aux questions

Les radiateurs en alliage d'aluminium sont-ils meilleurs que le cuivre-laiton pour les groupes électrogènes ?

Pour les unités neuves, oui dans presque tous les cas. L'aluminium permet d'économiser environ 40 % du poids du noyau, se forme plus facilement dans des formes de réservoir personnalisées et coûte moins cher à capacité de refroidissement égale. Le cuivre-laiton conserve un avantage limité : une installation existante dans laquelle l'enveloppe de montage ne peut pas changer et un noyau en cuivre correspondant est toujours disponible dans le commerce.

Combien de temps dure un radiateur en alliage d'aluminium sur un groupe électrogène diesel ?

Huit à douze ans est réaliste sur un site intérieur avec un circuit de refroidissement entretenu. Les installations côtières et offshore sans revêtement de qualité durent généralement quatre à sept ans, et toute unité complétée avec de l'eau du robinet non traitée tombe en panne plus tôt que cela, quel que soit l'endroit où elle se trouve.

Un radiateur en alliage d’aluminium qui fuit peut-il être réparé ?

Les noyaux à tubes et à ailettes le peuvent généralement. Un tube suintant est bouché ou rebrasé après le retrait du réservoir, et le noyau peut être tige dans le même passage. Les noyaux à plaques et ailettes ne sont en effet pas réparables sur le terrain, car l'ouverture d'un empilement de plaques brasées le détruit, de sorte qu'une unité plaque-ailette qui fuit est remplacée plutôt que réparée.

Un radiateur en alliage d'aluminium a-t-il besoin d'un liquide de refroidissement différent ?

Il nécessite un liquide de refroidissement inhibé classé pour l'aluminium, normalement une formulation de technologie d'acide organique à durée de vie prolongée avec 40 à 60 pour cent de glycol et d'eau d'appoint sans chlorure. Les liquides de refroidissement conventionnels riches en silicates peuvent déposer des dépôts à l'intérieur de petits tubes en aluminium, et de l'eau claire ne doit jamais être utilisée dans un circuit en aluminium.