Comment la simplicité peut être un atout : repenser la conception des systèmes de refroidissement pour les équipements lourds modernes

Les images de gauche et de droite illustrent la différence visible qu'un ventilateur autonettoyant Cleanfix peut apporter au refroidissement des emballages.

Cette évolution s'explique par une réalité simple : les contraintes thermiques augmentent, tandis que l'espace disponible dans le compartiment moteur reste limité. Parallèlement, les ingénieurs sont soumis à une forte pression pour réduire le poids, simplifier l'architecture du système, diminuer le bruit et abaisser les coûts d'exploitation sur la durée de vie.

Michael Hogan, responsable des grands comptes chez Cleanfix, fabricant de ventilateurs réversibles, affirme que le refroidissement est passé d'une considération secondaire à l'un des points de départ de la conception des machines.

« Pour les engins hors route, les possibilités d’améliorer l’efficacité grâce à l’aérodynamisme ou à d’autres facteurs externes sont limitées », explique-t-il, ajoutant : « Le refroidissement est l’un des principaux facteurs sur lesquels on peut agir pour améliorer l’efficacité. »

Les ventilateurs Cleanfix permettent aux constructeurs d'utiliser le système d'entraînement du ventilateur moteur déjà existant afin de réduire la complexité globale du refroidissement du moteur.

Comment les constructeurs automobiles parviennent-ils à concilier la demande de performances accrues et les contraintes d'intégration souvent très strictes ?

Performances, emballage et bruit

Hogan estime que la solution réside dans une refonte des principes d'une bonne conception de refroidissement et souligne le mélange de défis auxquels sont confrontés les équipementiers, notamment des exigences plus strictes en matière d'émissions, l'espace disponible et une attention croissante portée au bruit.

En résumé, les clients veulent une solution complète, explique Hogan. « Ils recherchent l'efficacité, la compacité, la possibilité d'inverser le sens de rotation, tout en tenant compte des autres composants et en anticipant des avantages supplémentaires, comme la réduction du bruit. »

Lee Armstrong, responsable de l'ingénierie des applications chez Cleanfix, confirme : « Nous constatons de plus en plus ce phénomène du côté de l'ingénierie des applications, avec des clients qui s'informent sur le niveau de bruit et sur la possibilité de l'améliorer. »

Pour les ingénieurs, cela signifie tester des modifications de l'angle des pales, réduire la vitesse des ventilateurs et apporter d'autres améliorations de conception permettant de réduire le bruit sans sacrifier les performances de refroidissement.

Il s'agit d'une tâche particulièrement ardue pour les équipementiers de petite et moyenne taille, dont les équipes d'ingénierie peuvent être réparties sur plusieurs systèmes, au lieu de se spécialiser dans le refroidissement.

Michael Hogan, responsable des grands comptes chez Cleanfix

Comme le souligne Hogan, nombre de ces équipes travailleront en dehors de leur domaine de compétences principal. « Elles manquent parfois d'expérience, mais elles manquent presque toujours de temps, même si elles comprennent l'importance du refroidissement pour l'efficacité et la performance. »

Pourquoi moins peut être plus

Armstrong estime qu'il est important de remettre en question l'idée reçue selon laquelle un meilleur refroidissement implique une plus grande complexité du système.

Il explique que certains équipementiers se sont tournés vers des ventilateurs à entraînement hydraulique pour réduire l'encombrement, contrôler la vitesse du ventilateur ou permettre l'inversion du sens de rotation, mais il pense qu'il existe une solution plus simple.

« Nous souhaitons les inciter à revenir à un système d'entraînement par poulie plus classique, car il est beaucoup plus simple », explique-t-il. « Plutôt que d'ajouter un circuit hydraulique supplémentaire, les constructeurs peuvent utiliser l'entraînement moteur existant et gagner en efficacité en modulant activement l'angle des pales grâce à notre technologie à pas variable. »

Ainsi, une régulation plus intelligente du flux d'air peut offrir les mêmes avantages fonctionnels qu'une vitesse variable, mais avec moins de pièces et une complexité système moindre.

« Tout est intégré dans un seul système de ventilation, au lieu d'avoir un système hydraulique supplémentaire », explique Armstrong.

Flux d'air plus intelligent

Interrogé sur le point de savoir si le refroidissement est désormais moins une question de taille et plus d'efficacité, Armstrong répond : « Les deux sont importants, mais une conception intelligente offre davantage d'options dans un format plus compact. »

« L’angle des pales, la conception de leur extrémité et la géométrie du carénage influent tous sur le flux d’air. En passant d’un carénage rectangulaire simple à un carénage en forme de cloche, on obtient un flux d’air nettement supérieur. »

Le système Cleanfix à pas variable accroît l'efficacité en faisant varier activement l'angle des pales. Ce système est entièrement intégré au ventilateur, ce qui réduit la complexité globale de l'ensemble du système.

Hogan ajoute : « Les gens ne cherchent pas à avoir le plus gros système de refroidissement du quartier. Ils cherchent simplement un système de refroidissement adapté à leurs besoins. »

« L’objectif est de dimensionner le système pour obtenir une capacité de refroidissement suffisante et d’optimiser l’efficacité et l’intégration dans ces limites. »

Un élément clé de cette explication en matière d'efficacité réside dans le maintien d'une chambre froide propre.

Pour expliquer le lien entre un radiateur encrassé et de mauvaises performances, Armstrong déclare : « Lorsqu’un radiateur est recouvert de saletés, c’est comme s’il était recouvert d’une couverture isolante. Les saletés bloquent non seulement le transfert de chaleur au niveau des ailettes, mais restreignent également la circulation de l’air à travers le faisceau. »

Hogan décrit plus en détail ce « double effet » : « Les débris recouvrent les surfaces conductrices conçues pour dissiper la chaleur. Puis, à mesure que l’accumulation s’aggrave, le flux d’air diminue. Dès qu’il y a de la saleté, l’efficacité du refroidissement s’en trouve affectée. »

Les opérateurs ne s'en apercevront peut-être qu'au moment où la surchauffe commence, mais bien avant cela, le ventilateur travaille plus fort et consomme plus d'énergie pour compenser.

Automatisation pour des systèmes efficaces

C’est pourquoi, selon Hogan, les cycles de nettoyage automatiques sont si importants. Plutôt que de laisser les opérateurs attendre que la température remonte ou d’interrompre le processus pour un nettoyage manuel, les cycles d’inversion programmés garantissent des performances plus constantes.

Selon Armstrong, Cleanfix règle généralement les minuteries à des intervalles de 30 minutes comme point de départ, bien qu'elles puissent être ajustées en fonction de l'application.

« Le client peut l’adapter à ses besoins », explique-t-il, avec des intervalles pouvant descendre jusqu’à cinq minutes, notamment dans les environnements particulièrement poussiéreux.

Lee Armstrong, responsable de l'ingénierie des applications chez Cleanfix

Il en résulte non seulement une réduction du risque de surchauffe, mais aussi une diminution des temps d'arrêt et des interventions manuelles. Dans certaines applications, explique Armstrong, les opérateurs pourraient autrement être contraints d'interrompre la production plusieurs fois par jour pour nettoyer les radiateurs à l'air comprimé.

Le nettoyage automatique permet d'éliminer ces interruptions. Hogan ajoute que même dans les applications moins exigeantes, où un nettoyage manuel n'est nécessaire que tous les quelques jours, « un nettoyage programmé permet de réduire la consommation de carburant et de décharger l'opérateur d'une autre tâche d'entretien ».

Se tourner vers la performance

Il ajoute qu'un ventilateur à pales à pas variable ajoute un niveau de contrôle supplémentaire, ce qui « permet au système de fonctionner dans des conditions réelles, contrairement à ce qui avait été théorisé et conçu comme un scénario du pire des cas ».

Cela a des conséquences importantes sur les marges d'ingénierie. Les systèmes de refroidissement traditionnels sont souvent conçus avec une marge de sécurité importante afin de garantir leur fiabilité dans des conditions extrêmes. Cependant, cela peut augmenter inutilement la consommation électrique des ventilateurs, le bruit, l'usure des courroies et les coûts en fonctionnement normal.

Avec un pas variable, explique Hogan, « les machines peuvent toujours bénéficier d'un refroidissement maximal lorsqu'elles en ont besoin, mais cela risque de ne pas être très fréquent ».

Armstrong soutient également que les systèmes à pales pivotantes présentent des avantages par rapport aux systèmes réversibles classiques.

Les ventilateurs réversibles classiques ralentissent généralement, puis inversent leur sens de rotation. Cela peut entraîner une perte temporaire de refroidissement et un nettoyage potentiellement moins efficace.

Une approche par pivotement des pales inverse le flux d'air en modifiant l'orientation des pales.

Le système de nettoyage automatique des refroidisseurs Cleanfix contribue à maintenir des performances constantes et à éliminer les arrêts de production liés au nettoyage et à la surchauffe.

« Lorsque vous retournez les lames, au lieu de changer leur sens de rotation », explique Armstrong, « vous obtenez un jet de nettoyage plus puissant et un flux d'air continu pendant le cycle inverse. »

Pourquoi la collaboration précoce est importante

Pour les équipementiers, tout cela souligne l'importance d'une collaboration précoce avec les spécialistes du refroidissement.

Selon Hogan, faire intervenir Cleanfix plus tôt aide les ingénieurs à comprendre les options disponibles avant d'opter pour des solutions plus complexes.

Armstrong partage cet avis, affirmant qu'une activation précoce est particulièrement importante avec une conception à pales pivotantes, car le ventilateur a besoin de suffisamment d'espace pour s'articuler pleinement.

Un message important à retenir est que le refroidissement du moteur consomme une quantité importante d'énergie machine, même s'il n'effectue aucun travail productif.

Comme le dit Hogan, il s'agit d'« énergie gaspillée pour gérer la chaleur résiduelle. Mais c'est évidemment essentiel – donc moins on en utilise, mieux c'est. »

En définitive, pour les engins lourds modernes, un meilleur refroidissement ne consiste plus à ajouter des ventilateurs ou des radiateurs. Il s'agit d'optimiser la circulation de l'air, de maintenir les échangeurs de chaleur plus propres et de concevoir des systèmes qui s'adaptent aux conditions réelles d'utilisation plutôt qu'à une demande de pointe permanente.

En ce sens, moins peut absolument être plus : moins de complexité, moins d’entretien, moins de gaspillage d’énergie – et plus de performance là où ça compte.

Les ventilateurs Cleanfix sont dotés de la technologie Power Pulse qui permet aux pales d'inverser leur angle d'attaque à pleine vitesse afin de créer une puissante impulsion de nettoyage, délogeant ainsi les débris du système de refroidissement sans interrompre le fonctionnement.

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Cet article a été produit par KHL Content Studio, en collaboration avec des experts de Cleanfix.

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Toutes les images sont une gracieuseté de Cleanfix.

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