Bilan thermique. Au cours de ce TP, il faut déterminer par empotage le débit de vapeur qui a circulé dans le serpentin de l’évaporateur et le débit d’eau évaporée qui se condense dans l’échangeur. Bilan thermique au sein de l’évaporateur

Données expérimentales :

Temps d'empotage : 10 mn 32 s 4/100

Volume de condensat vapeur de chauffe 352 mL

Débit calculé 2,0050506 L/h Volume d'eau évaporée sortant de

l'évaporateur 259 mL

Débit calculé 1,47530712 L/h On peut donc à l’aide de ces données calculer la puissance fournie par la vapeur saturante circulant dans le serpentin de l’évaporateur et la puissance reçue par l’évaporateur Hypothèse : On suppose que la vapeur saturante ne subit qu’une condensation. Si on veut vérifier cette hypothèse, il faut donc connaître la pression d’entrée de la vapeur en déduire sa température de condensation (relation 1) et mesurer sa température de sortie du purgeur. Relation 1 :

(absolue)bar en Pet Cen T avec100

4

°

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Débit d’eau évaporée

Vapeur condensée et refroidie

Vapeur saturante entrant

Si les deux températures sont sensiblement identiques, alors on peut en déduire que la vapeur ne subit qu’une condensation mais si la température de sortie est très inférieure à sa température de changement d’état alors la vapeur subit non seulement une condensation mais aussi un refroidissement Si on suppose que le purgeur fonctionne correctement, les deux températures doivent être sensiblement identiques et la vapeur ne doit subir au sein de l’échangeur qu’une condensation.

Puissance fournie par la vapeur Débit volumique 2,0050506 L/h Enthalpie de vaporisation 2250 kJ/h Puissance 4511,4 kJ/h

Puissance reçue par l'évaporateur Débit volumique 1,47530712 L/h Enthalpie de vaporisation 2250 kJ/h Puissance 3319,4 kJ/h

Pertes thermiques Pertes 1191,9 kJ/h % pertes 26,4 On peut remarquer que les pertes thermiques sont de l’ordre de 20 %. Pour diminuer cette valeur, il faudrait calorifuger l’évaporateur. Connaissant la température extérieure de l’air et la température de la solution diluée dans l’évaporateur et la surface d’échange on pourrait déterminer le coefficient global d’échange thermique relatif aux pertes Bilan thermique au sein du condenseur

Fluide froid : On doit noter les températures d’entrée et de sortie du fluide froid de l’échangeur à serpentin TI4, TI6 ainsi que son débit (débitmètre 33 )

Fluide chaud :

On doit noter la température de la vapeur d’eau entrant dans le condenseur TI2 et mesurer la température de l’eau sortant du condenseur à l’aide d’une prise d’échantillon qui se situe sur le circuit comprenant la vanne V27.

Puissance fournie par la vapeur d'eau (Fluide chaud) Débit volumique 1,475 L/h Enthalpie de vaporisation 2250 kJ/h Température d'entrée 100 °C Température de sortie 85 °C Capacité calorifique massique 4,18 kJ/kg/°C Masse volumique 1,0 kg/L Puissance thermique 3411,9 kJ/h

Puissance reçue par l'eau froide (Fluide froid) Débit volumique 50 L/h Température d'entrée 12 °C Température de sortie 25,0 °C Capacité calorifique massique 4,18 kJ/kg/°C Masse volumique 0,998 kg/L Puissance thermique 2711,6 kJ/h

Pertes thermiques Pertes 700,4 kJ/h % pertes 20,5

Bilan global thermique sur l’évaporateur

Vapeur d’eau entrant

Eau condensée et refroidie ?

Eau froide entrant

Eau chaude sortant

Quels sont les fluides thermiques qui entrent et qui sortent du procédé ? Deux fluides échangent de l’énergie au cours de ce procédé :

De la vapeur d’eau saturante qui grâce à sa condensation fournit de l’énergie au bouilleur

De l’eau froide qui capte de l’énergie en condensant la vapeur d’eau produite Si l’installation était totalement adiabatique, l’énergie fournie par la vapeur saturante devrait être égale à celle reçue par l’eau froide circulant dans le condenseur.

Puissance fournie par la vapeur d'eau saturante Débit volumique 2,01 L/h Enthalpie de vaporisation 2250 kJ/h Puissance 4511,4 kJ/h

Puissance reçue par l'eau froide (Fluide froid) Débit volumique 50 L/h Température d'entrée 12 °C Température de sortie 25,0 °C Capacité calorifique massique 4,18 kJ/kg/°C Masse volumique 0,998 kg/L Puissance thermique 2711,6 kJ/h

Pertes thermiques Pertes 1799,8 kJ/h % pertes 39,9

On peut remarquer que les pertes thermiques du procédé sont la somme des pertes thermiques du bouilleur et du condenseur.

Les pertes thermiques ne sont pas négligeables de l’ordre de 40 %.