Un faisceau de tubes est un ensemble dense de tuyaux utilisés comme noyau de rayonnement dans les échangeurs de chaleur. Ces groupes de tuyaux sont généralement logés dans une coque tubulaire ou un boîtier externe avec un débit constant d’eau circulant à travers celui-ci. Lorsque des liquides ou des gaz chauds circulent dans le faisceau de tubes, la grande surface combinée des tubes permet un transfert efficace de la chaleur dans l’eau de la coque et le refroidissement des fluides dans les tubes. Il existe deux types distincts de faisceaux de tubes : les tubes droits et les tubes en U. Les tuyaux de ces faisceaux sont généralement en acier ou en cuivre selon l’application spécifique.
La plupart des méthodes de transfert de chaleur deviennent de plus en plus efficaces à mesure que le rayonnement combiné et les surfaces réceptrices augmentent. Ce principe constitue la base du fonctionnement des échangeurs de chaleur à tubes ; le grand nombre de tubes dans les faisceaux offre des surfaces de contact étendues qui facilitent un transfert thermique rapide et efficace. La disposition des tuyaux dans un faisceau de tubes est soigneusement calculée et ils passent généralement à travers plusieurs chicanes ou cloisons qui maintiennent la relation d’espacement sur toute la longueur du faisceau. La configuration d’entrée et de sortie d’eau du faisceau est dictée par lequel des deux types de faisceaux courants est utilisé.
La première des configurations de faisceau de tubes les plus courantes est le type à ligne droite. Cette disposition est constituée de tubes rectilignes qui débouchent à chaque extrémité du faisceau dans des chambres d’entrée et de sortie qui forment les embouts de la virole. Le matériau chaud est ensuite pompé à travers le faisceau en ligne droite d’une extrémité de la coque à l’autre. Cet agencement est efficace, mais nécessite des efforts considérables pour ouvrir la coque et retirer le paquet si un nettoyage ou des réparations sont nécessaires. Les agencements de tubes droits présentent cependant des coûts d’installation initiaux inférieurs.
La deuxième configuration de faisceau de tubes courante est la disposition de tube en U. Cette variante de faisceau comporte des points d’entrée et de sortie du même côté de la coque sur un capuchon de coque tubulaire divisé en deux chambres scellées. Les tubes quittent la chambre d’entrée et se dirigent vers l’extrémité opposée de la coque où ils font un coude en U et retournent dans la direction opposée à la chambre de sortie. Ce type de disposition est plus facile à démonter pour la maintenance, le faisceau étant généralement glissé sous forme d’unité modulaire. Les configurations en U s’adaptent également bien aux différences de température élevées et soulagent la plupart des contraintes de dilatation et de contraction thermiques dans le faisceau.