INGENIERIE THERMIQUE

ECHANGEURS DE CHALEUR

•Principe● Configurations géométriques● Utilisations industrielles

•Un peu de Théorie● Rappels (Débits, Calorimétrie, Thermodynamique)● Bilans thermiques

•Un peu de technologie

IUT DE ST DENISLICENCE PROFESSIONNELLEINGENIERIE TECHNOLOGIQUE

ECHANGEURS DE CHALEUR (suite)

• Un exemple de calcul● Echangeur coaxial● Configuration en co-courant

• Une méthode de calcul générale (NUT)● NUT = Nombre d ’unité de transfert● Evaluation de l ’efficacité

• Exercices

Echangeurs de chaleur

Principe généralAppareil permettant un échange de chaleur entre des fluides en écoulement

Utilité: Transférer de la chaleur d ’un dispositif à un autre.

● pas de contact direct entre les 2 fluides● échanges de chaleur à travers une surface de séparation (généralement métallique)

Fluide chaud

Fluide froid

Surface de séparation

Principales utilisations:

•Chauffage et climatisation●radiateurs ●distribution de vapeur

•Machines frigorifiques●évaporateurs, condenseurs

•Industrie chimique et pétrolière●Distillation, séparations●récupération de chaleur

•Production d’électricité●Condenseurs●Tours de refroidissement

•Agro-alimentaire●pasteurisation du lait

DIFFERENTS TYPES D ’ECHANGEURS

• Tube et calandre – tube simple (serpentin)– multitubulaire

• Tubes coaxiaux– parallèle ou co-courant– contre courant

• Courants croisés• à plaques ( et joints )

e n t r é e d u f l u i d e A

e n t r é e d u f l u i d e B

s o r t i e d u f l u i d e A

s o r t i e d u f l u i d e B

F i g u r e 1

Echangeur à tube et calandre

Type Réservoir et serpentin

•Principales utilisations●Evaporateurs de machines frigorifiques●Distillation

• Secteurs Industriels:●Agroalimentaire

Echangeur à tube et calandre

Type Multitubulaire

Echangeurs à tubes coaxiaux

à contre courants

e n t r é e f l u i d e 1

e n t r é e f l u i d e 2

s o r t i e f l u i d e 1s o r t i e f l u i d e 2

Echangeurs à tubes coaxiaux

configuration co- courants

e n t r é e f l u i d e 1

e n t r é e f l u i d e 2

s o r t i e f l u i d e 1s o r t i e f l u i d e 2

Entrée fluide 2

Sortie fluide 2

Entrée fluide 1

Sortie fluide 1

Exemple: condenseur ou évaporateur de groupe frigorifique industriel de refroidissement d ’eau

e n t r é e f l u i d e 1

s o r t i e f l u i d e 1

a i l e t t e s

c o n d u i t d u f l u i d e 2

l e f l u i d e 2 c i r c u l e d a n s u n e d i r e c t i o n p e r p e n d i c u l a i r e a u p l a n d e l a f i g u r e

Echangeurs à courants croisés

Exemple: Radiateur de véhicule (refroidissement du moteur)

Echangeurs à plaques

p l a q u e s

j o i n t s

f l u i d e 1

f l u i d e 2

•Principales utilisations●Industrie laitière●Industrie nucléaire●Industrie chimique

•Principal avantage●Compacité: grande surface d ’échange dans un petit volume

Echangeur à plaques et jointsSchéma de principe

Un peu de théorie

Rappels

•Température: ●indique un niveau d ’énergie moyen●mesurée par un thermomètre●ne pas confondre avec:

•Chaleur: ●Quantité d ’énergie transférée d ’un corps chaud vers un corps froid●Mesurée par des techniques calorimétriques

•Relations:●Généralement (mais pas toujours) T augmente lorsqu’un corps reçoit de la chaleur●contre exemple: changement d ’état d ’un corps pur

Un peu de théorie (suite)

Calorimétrie:Apport de chaleur à pression constante:

Q=mc p T 2−T 1

Q=H 2−H 1=mh2−h1

DébitsDébit massique:masse à travers la surface pendant le temps ∆t

qm=m=ΔmΔt

Puissances

Q=m c pT 2−T 1

Q=m q=mh2−h1

> 0 reçu< 0 perdu

Bilans thermiques

Fluide Chaud: ●Débit ●Températures

....... mc

entrée T ce

sortie T cs

•Fluide Froid: ●Débit ●Températures

En l ’absence de pertes (échangeur isolé):

mc c p cT cs−T cem f c p f

T fs−T fe=0

....... m f

entrée T fe

sortie T fs

ET MAINTENANTUN PEU DE CINEMA !!

ENTR ’ACTE