La
méthode du pincement est depuis plusieurs décennies la méthode de choix
pour déterminer la consommation énergétique minimale d'un procédé ou
identifier des opportunités d'optimisation et d'intégration énergétique.
Elle consiste en une analyse systématique d'une installation complète.
L'analyse
s'intéresse à tous les flux et les opérations qui reçoivent ou
rejettent de l'énergie. Ils sont classés en fluides chauds (qui doivent
être refroidis) et fluides froids (qui doivent être échauffés).
Tous
les besoins des fluides froids peuvent être satisfaits au moyen de
fluides utilités (vapeur, combustible, ...) et tous les besoins des
fluides chauds peuvent être satisfaits par les fluides de
refroidissement tels que eau, air, ...; cependant certains échanges
sont parfois possibles directement entre fluides chauds et fluides
froids eux-même; tout échange ainsi réalisé contribue à réduire le
recours aux utilités et économiser une quantité équivalente
d'énergie consommée par l'installation.
Chaque
fluide est caractérisé par sa température et sa charge thermique. Ils
peuvent être représentés sur un graphique: température en fonction de
la charge thermique; fluides chauds et fluides froids sont
représentés par une courbe composite dont la charge thermique est le
cumul des charges thermiques de chaque fluide.
Une température
minimale d'approche pour l'échange thermique est choisie; les courbes
peuvent être déplacées jusqu'à ce qu'en un point du graphique, cette
approche minimale de température soit atteinte: c'est le "pincement"
caractéristique du procédé étudié. La région centrale du graphique où
les deux courbes se font face, décrit les possibilités d'échange direct
entre fluides chauds et froids; les deux régions extrêmes du graphique
de part et d'autre de la région centrale désignent les fluides devant
faire appel aux utilités pour le chauffage et le refroidissement.
Optimisation des échanges
La
température de pincement se situe à égale distance de la température du
fluide chaud et celle du fluide froid au point de pincement.
Pour obtenir un échange de chaleur optimisé, il est important de:
- ne refroidir un fluide chaud dont la température est supérieure à la température de pincement qu'en échauffant un fluide dont la température est également supérieure à la température de pincement
- n'échauffer un fluide froid dont la température est inférieure à la température de pincement qu'avec un fluide chaud dont la température est également inférieure à la température de pincement
Si
ces règles ne sont pas respectées, un déficit thermique sera créé pour
les fluides dont la température est supérieure à la température de
pincement, qui ne pourra être compensé que par l'accroissement du
recours à un chauffage externe (vapeur, combustible, ...)
Utilisation d'une pompe à chaleur
Une
pompe à chaleur ne se justifie que pour réaliser des échanges
impossibles par un échangeur simple. Cela signifie qu'une pompe à
chaleur doit:
- prélever la chaleur (à l'évaporateur) à un fluide dont la température est inférieure à la température de pincement,
- pour la restituer (au condenseur) à un fluide dont la température est supérieure à la température de pincement.
Cette
analyse conduit à définir la consommation minimale théorique du procédé
étudié, mais ne permet pas de préjuger de sa faisabilité. Après cette
analyse il faut encore imaginer la configuration des échangeurs
nécessaires pour atteindre cet idéal. Certains échanges thermiques
peuvent s'avérer non économiques ou techniquement irréalisables.
